나사 과학 선교국

1 월. 2014 년 3 월 30 일:우주가 차갑다는 것을 누구나 알고 있습니다. 별과 은하 사이의 광대 한 걸프에서 기체 물질의 온도는 일상적으로 섭씨 3 도 또는 화씨 영하 454 도까지 떨어집니다.

더 추워질 것입니다.

미항공 우주국 연구자들은 국제 우주 정거장 내부에 알려진 우주에서 가장 추운 지점을 만들 계획이다.

“우리는 자연적으로 발견되는 것보다 훨씬 추운 온도에서 물질을 연구 할 것”이라고 롭 톰슨은 말한다. 그는 나사의 콜드 아톰 연구소의 프로젝트 과학자,2016 년 우주 항공 우주국에 출시 예정 원자’냉장고’입니다. “우리는 유효 온도를 100 피코 켈빈으로 낮추는 것을 목표로합니다.”

100 피코-켈빈은 원자의 모든 열 활동이 이론적으로 멈추는 절대 영도 이상의 100 억분의 1 에 불과합니다. 이러한 저온에서는 고체,액체 및 기체의 일반적인 개념이 더 이상 관련이 없습니다. 제로 에너지의 문턱 바로 위에 상호 작용하는 원자는 본질적으로 새로운 형태의 물질을 만듭니다… 양자.

양자 역학은 원자 규모에서 빛과 물질의 기괴한 규칙을 설명하는 물리학의 한 분야입니다. 그 영역에서,물질은 한 번에 두 곳에있을 수 있습니다;객체는 입자와 파도 모두로 동작;아무것도 확실하다:양자 세계는 확률에 실행됩니다.

차가운 원자 실험실을 사용하는 연구자들이 이 이상한 영역으로 뛰어들 것이다.

“우리는 보스-아인슈타인 응축 물을 연구함으로써 시작할 것”이라고 톰슨은 말한다.”

1995 년,연구자들은 몇 백만 루비듐 원자를 가져다가 절대 영도 근처를 냉각하는 경우,그들은 물질의 단일 파에 병합 할 것을 발견했다. 트릭은 너무,나트륨과 함께 일했다. 2001 년,국립표준연구소의 에릭 코넬과 콜로라도대학의 칼 위먼은 20 세기 초 알버트 아인슈타인과 사티엔드라 보스가 예측했던 응축수들의 독자적인 발견으로 볼프강 케털레와 노벨상을 공유했다.

두 개의 벡을 만들어 함께 넣으면 일반 가스처럼 섞이지 않습니다. 대신,그들은 파도처럼”간섭”할 수 있습니다:얇고 평행 한 물질 층은 빈 공간의 얇은 층으로 구분됩니다. 한 벡의 원자는 다른 벡의 원자에 자신을 추가하고 생성 할 수 있습니다-전혀 원자.

“콜드 아톰 연구소는 우리가 아마도 가장 낮은 온도에서 이러한 물체를 연구 할 수있게 해줄 것”이라고 톰슨은 말한다.

연구소는 또한 연구자들이 슈퍼 멋진 원자 가스를 혼합하고 무슨 일이 일어나는지 볼 수있는 장소입니다. 톰슨은”서로 다른 유형의 원자의 혼합물은 거의 완전히 섭동없이 함께 떠 다닐 수 있으며,매우 약한 상호 작용에 대한 민감한 측정을 할 수 있습니다. 이것은 흥미롭고 새로운 양자 현상의 발견으로 이어질 수 있습니다.”

우주 정거장은이 연구를 할 수있는 최고의 장소입니다. 미세 중력은 연구자들이 지상에서 가능한 것보다 훨씬 추운 온도로 물질을 냉각시킬 수있게합니다.

톰슨은 이유를 설명합니다:

“가스가 팽창하면 냉각되는 열역학의 기본 원리입니다. 저희의 최대량은 이것에 실제적인 경험이 있다. 당신이 에어로졸의 깡통을 살포하는 경우에,깡통은 감기를 얻습니다.”

양자 가스는 거의 같은 방식으로 냉각됩니다. 에어로졸 대신에,그러나,우리는’자기 트랩을 가질 수 있습니다.’

“우주 정거장에서,이 함정은 중력의 끌어 당김에 대항하여 원자를 지탱할 필요가 없기 때문에 매우 약하게 만들 수 있습니다. 약한 트랩을 사용하면 가스가 팽창하여 지상에서 가능한 것보다 낮은 온도로 냉각 될 수 있습니다.”

이 근본적인 연구가 어디로 이어질 지 아무도 모른다. 톰슨에 의해 나열 심지어”실제”응용 프로그램-양자 센서,물질 파 간섭계,원자 레이저,그냥 몇 가지 이름을—공상 과학 소설 같은 소리. “우리는 알려지지 않은 곳으로 들어가고 있습니다.”라고 그는 말합니다.

톰슨 같은 연구자들은 차가운 원자 실험실을 양자 세계로 들어가는 문으로 생각한다. 문은 두 가지 방법으로 스윙 할 수 있습니까? 온도가 충분히 낮게 떨어지면”우리는 인간의 머리카락만큼 넓은 원자 파 패킷을 조립할 수 있습니다.”양자 물리학의 생물이 거시적 세계에 진입했을 것입니다.

그리고 진짜 흥분이 시작됩니다.

콜드 아톰 연구소에 대한 자세한 내용은 다음을 방문하십시오 coldatomlab.jpl.nasa.gov

저자:박사. 토니 필립스/신용:과학@나사