NASA科学ミッション総局

Jan. 30,2014:誰もが宇宙が寒いことを知っています. 星と銀河の間の広大な湾では、ガス状物質の温度は日常的に3度K、またはゼロ華氏以下454度に低下します。

さらに寒くなりそうです。

NASAの研究者は、国際宇宙ステーション内に既知の宇宙で最も寒い場所を作ることを計画しています。

「私たちは自然に見られるよりもはるかに寒い温度で物質を研究するつもりです」とJPLのRob Thompson氏は述べています。 彼は、2016年にISSへの打ち上げのために予定されている原子の「冷蔵庫」であるNASAのCold Atom Labのプロジェクト科学者です。 「私たちは有効温度を100ピコケルビンまで下げることを目指しています。”

100 ピコ-ケルビンは、原子のすべての熱活性が理論的に停止する絶対零度よりもわずか100億分の1です。 このような低温では、固体、液体および気体の通常の概念はもはや関連性がない。 ちょうどゼロエネルギーのしきい値を超えて相互作用する原子は、本質的にある物質の新しい形を作成します。.. 量子だ

量子力学は、原子スケールで光と物質の奇妙な規則を記述する物理学の一分野です。 その領域では、物質は一度に二つの場所にあることができ、オブジェクトは粒子と波の両方として動作します。

冷たい原子研究室を使っている研究者が突入するのは、この奇妙な領域に入っています。

“ボース-アインシュタイン凝縮を研究することから始めましょう。”

1995年、研究者たちは、数百万個のルビジウム原子を取り、絶対零度付近で冷却すると、それらは物質の単一の波にマージすることを発見しました。 このトリックはナトリウムでも働いた。 2001年、国立標準技術研究所のエリック-コーネル（Eric Cornell）とコロラド大学のカール-ヴィーマン（Carl Wieman）は、アルバート-アインシュタインとサティエンドラ-ボースが20世紀初頭に予測していたこれらの凝縮物の独立した発見に対して、MITのヴォルフガング-ケターレとノーベル賞を受賞した。

二つのBecを作成し、それらを一緒に入れた場合、彼らは普通のガスのように混合しません。 代わりに、それらは波のように”干渉”することができます：物質の薄い平行な層は、空の空間の薄い層によって分離されます。 あるBEC内の原子は、別のBEC内の原子に自分自身を追加し、原子を生成することはできません。

“Cold Atom Labは、おそらくこれまでで最も低い温度でこれらのオブジェクトを研究することを可能にします」とThompson氏は言います。

研究室は、研究者が超クールな原子ガスを混ぜて何が起こるかを見ることができる場所でもあります。 「さまざまな種類の原子の混合物は、摂動のほとんど完全に自由に一緒に浮遊することができます」とThompson氏は説明します。 これは、興味深く、新しい量子現象の発見につながる可能性があります。”

宇宙ステーションはこの研究を行うのに最適な場所です。 微小重力は、研究者が地面に可能であるよりもはるかに寒い温度に材料を冷却することができます。

Thompsonはその理由を説明しています：

「ガスが膨張すると冷却するのは熱力学の基本原理です。 私たちのほとんどはこれで実践的な経験を持っています。 あなたがエアロゾルの缶をスプレーすると、缶は冷たくなります。”

量子ガスはほぼ同じように冷却されます。 エアロゾルの代わりに、しかし、我々は’磁気トラップを持っていることができます。’

“ISSでは、これらのトラップは重力の引きに対して原子を支える必要がないため、非常に弱くすることができます。 弱いトラップはガスが地面で可能であるより低温に拡大し、冷却するようにする。”

この基礎研究がどこにつながるのか誰も知らない。 トンプソンによってリストされている”実用的な”適用—量センサー、物質の波の干渉計、および原子レーザー、ちょうど少数を示すため—sfのように聞こえる。 “私たちは未知のものに入っています”と彼は言います。

トンプソンのような研究者は、冷たい原子研究室を量子の世界への入り口と考えています。 ドアは両方の方法を振ることができますか？ 温度が十分に低くなれば、”私たちは人間の髪の毛のように広い原子波パケットを組み立てることができます-つまり、人間の目が見るのに十分な大き”量子物理学の生き物は巨視的な世界に入っているでしょう。

そして、本当の興奮が始まります。

Cold Atom Labの詳細については、以下を参照してくださいcoldatomlab.jpl.nasa.gov

著者：トニー-フィリップス博士|制作編集者：Dr. トニー-フィリップス/クレジット：科学@NASA