NASA tudományos misszió Igazgatóság
január. 30, 2014: mindenki tudja, hogy a tér hideg. A csillagok és galaxisok közötti hatalmas szakadékban a gáz halmazállapotú anyagok hőmérséklete rutinszerűen 3 fok K-ra, vagyis 454 fokkal nulla Fahrenheit alá esik.
hamarosan még hidegebb lesz.
a NASA kutatói azt tervezik, hogy létrehozzák az ismert univerzum leghidegebb pontját a Nemzetközi Űrállomáson belül.
“az anyagot sokkal hidegebb hőmérsékleten fogjuk tanulmányozni, mint amit természetesen találunk” – mondja Rob Thompson, a JPL munkatársa. Ő a NASA Cold Atom Lab projekt tudósa, egy atomhűtő, amelyet 2016-ban indítanak az ISS-re. “Célunk, hogy a tényleges hőmérsékletet 100 Piko-Kelvinre csökkentsük.”
100 a pico-Kelvin csak egy tízmilliárdod fok az abszolút nulla felett, ahol az atomok összes termikus aktivitása elméletileg leáll. Ilyen alacsony hőmérsékleten a szilárd, folyékony és gáz szokásos fogalmai már nem relevánsak. A nulla energia küszöbértéke felett kölcsönhatásban lévő atomok új anyagformákat hoznak létre, amelyek lényegében … quantum.
a kvantummechanika a fizika egyik ága, amely leírja a fény és az anyag bizarr szabályait az atomi skálán. Ebben a birodalomban az anyag egyszerre két helyen lehet; a tárgyak részecskékként és hullámokként is viselkednek; és semmi sem biztos: a kvantumvilág a valószínűségen alapul.
ebbe a furcsa birodalomba kerülnek a hideg Atom laboratóriumot használó kutatók.
“a Bose-Einstein kondenzátumok tanulmányozásával kezdjük” – mondja Thompson.”
1995-ben a kutatók felfedezték, hogy ha néhány millió rubídiumatomot veszünk, és lehűtjük őket az abszolút nulla közelében, akkor egyetlen anyaghullámba egyesülnek. A trükk nátriummal is működött. 2001-ben Eric Cornell (National Institute of Standards & Technology) és Carl Wieman (University of Colorado) osztozott a Nobel-díjban Wolfgang Ketterle-vel (MIT) a kondenzátumok független felfedezéséért, amelyet Albert Einstein és Satyendra Bose jósolt a 20.század elején.
ha két Bec-t hozunk létre, és összerakjuk őket, nem keverednek össze, mint egy közönséges gáz. Ehelyett” beavatkozhatnak”, mint a hullámok: a vékony, párhuzamos anyagrétegeket az üres tér vékony rétegei választják el egymástól. Az egyik BEC atomja hozzáadhatja magát egy másik Bec atomjához, és előállíthat – atomot egyáltalán nem.
“a Cold Atom Lab lehetővé teszi számunkra, hogy ezeket a tárgyakat talán a legalacsonyabb hőmérsékleten tanulmányozzuk” – mondja Thompson.
a labor egy olyan hely is, ahol a kutatók szuper hűvös atomgázokat keverhetnek, és megnézhetik, mi történik. “A különböző típusú atomok keverékei szinte teljesen zavaroktól mentesen úszhatnak együtt” – magyarázza Thompson -, lehetővé téve számunkra, hogy érzékeny méréseket végezzünk a nagyon gyenge kölcsönhatásokról. Ez érdekes és újszerű kvantumjelenségek felfedezéséhez vezethet.”
az űrállomás a legjobb hely erre a kutatásra. A mikrogravitáció lehetővé teszi a kutatók számára, hogy az anyagokat sokkal hidegebb hőmérsékletre hűtsék, mint a földön lehetséges.
Thompson elmagyarázza, miért:
“a termodinamika egyik alapelve, hogy amikor egy gáz kitágul, lehűl. Legtöbbünknek van gyakorlati tapasztalata ezzel kapcsolatban. Ha permetez egy doboz aeroszolt, a doboz hideg lesz.”
a Kvantumgázokat nagyjából ugyanúgy hűtik. Az aeroszolos doboz helyett azonban van egy mágneses csapda.”
“az ISS-en ezek a csapdák nagyon gyengék lehetnek, mert nem kell támogatniuk az atomokat a gravitáció húzásával szemben. A gyenge csapdák lehetővé teszik a gázok tágulását és lehűlését alacsonyabb hőmérsékletre, mint ami a földön lehetséges.”
senki sem tudja, hová vezet ez az alapkutatás. Még a Thompson által felsorolt” gyakorlati ” alkalmazások-kvantumérzékelők, anyaghullám—interferométerek és atomlézerek, csak hogy néhányat említsünk-úgy hangzik, mint a sci-fi. “Belépünk az ismeretlenbe” – mondja.
a kutatók, mint Thompson, úgy tekintenek a hideg Atomlaboratóriumra, mint a kvantumvilág kapujára. Lehet, hogy az ajtó mindkét irányba lendül? Ha a hőmérséklet elég alacsonyra csökken, ” képesek leszünk olyan széles atomhullám-csomagokat összeállítani, mint az emberi haj-vagyis elég nagy ahhoz, hogy az emberi szem láthassa.”A kvantumfizika lénye belépett a makroszkopikus világba.
és akkor kezdődik az igazi izgalom.
További információ a Cold Atom Lab-ról, látogasson el coldatomlab.jpl.nasa.gov
szerző: Dr. Tony Phillips | Produkciós szerkesztő: Dr. Tony Phillips / hitel: tudomány @ NASA
