NASA Science Mission Directorate

Jan. 30, 2014: Alle vet at rommet er kaldt. I den store bukten mellom stjerner og galakser faller temperaturen på gassformig materie rutinemessig til 3 grader K, eller 454 grader under null Fahrenheit.

Det er i ferd med å bli enda kaldere.

NASA-forskere planlegger å skape det kaldeste stedet i det kjente universet inne I Den Internasjonale Romstasjonen.

“Vi skal studere materie ved temperaturer langt kaldere enn det som finnes naturlig,” sier Rob Thompson FRA JPL. Han Er Prosjektforsker for NASAS Cold Atom Lab, et atomkjøleskap som er planlagt for lansering til ISS i 2016. “Vi tar sikte på å presse effektive temperaturer ned til 100 pico-Kelvin.”

100 pico-Kelvin er bare en ti milliarddel av en grad over absolutt null, hvor all termisk aktivitet av atomer teoretisk stopper. Ved slike lave temperaturer er vanlige begreper fast, flytende og gass ikke lenger relevante. Atomer som interagerer like over terskelen til null energi, skaper nye former for materie som i hovedsak er… kvantesprang.

Kvantemekanikk er en gren av fysikk som beskriver de bisarre reglene for lys og materie på atomskalaer. I dette riket kan materie være på to steder samtidig; objekter oppfører seg som både partikler og bølger; og ingenting er sikkert: kvanteverdenen løper på sannsynlighet.

det er i dette merkelige riket at forskere som bruker Cold Atom Lab vil stupe.

“Vi begynner,” sier Thompson, “ved å studere Bose-Einstein-Kondensater.”

i 1995 oppdaget forskerne at hvis du tok noen millioner rubidiumatomer og avkjølte dem nær absolutt null, ville de fusjonere til en enkelt bølge av materie. Trikset fungerte også med natrium. I 2001 Delte Eric Cornell Fra National Institute Of Standards & Technology Og Carl Wieman fra University Of Colorado Nobelprisen med Wolfgang Ketterle FRA MIT for deres uavhengige oppdagelse av disse kondensatene, som Albert Einstein og Satyendra Bose hadde spådd tidlig i det 20. århundre.

hvis du lager to BECs og setter dem sammen, blander de ikke som en vanlig gass. I stedet kan de “forstyrre” som bølger: tynne, parallelle lag av materie er adskilt av tynne lag med tomt rom. Et atom i EN BEC kan legge seg til et atom i en ANNEN BEC og produsere-ingen atom i det hele tatt.

“Cold Atom Lab vil tillate oss å studere disse objektene på kanskje de laveste temperaturene noensinne,” sier Thompson.

laboratoriet er også et sted hvor forskere kan blande superkule atomgasser og se hva som skjer. “Blandinger av forskjellige typer atomer kan flyte sammen nesten helt fri for forstyrrelser, “forklarer Thompson,” slik at vi kan gjøre sensitive målinger av svært svake interaksjoner. Dette kan føre til oppdagelsen av interessante og nye kvantfenomener.”

romstasjonen er det beste stedet å gjøre denne forskningen. Mikrogravity tillater forskere å avkjøle materialer til temperaturer mye kaldere enn det som er mulig på bakken.

Thompson forklarer hvorfor:

“det er et grunnleggende prinsipp i termodynamikken at når en gass ekspanderer, avkjøles den. De fleste av oss har praktisk erfaring med dette. Hvis du sprayer en boks med aerosoler, blir boksen kald.”

Kvantegasser avkjøles på samme måte. I stedet for en aerosol kan, derimot, vi har en ‘ magnetisk felle .’

” på ISS kan disse fellene gjøres svært svake fordi de ikke trenger å støtte atomene mot tyngdekraften. Svake feller tillater gasser å utvide og avkjøles til lavere temperaturer enn det som er mulig på bakken.”

Ingen vet hvor denne grunnleggende forskningen vil lede. Selv de” praktiske ” applikasjonene som Er oppført Av Thompson-kvantesensorer, matter wave interferometre og atomlasere, for bare å nevne noen—høres ut som science fiction. “Vi går inn i det ukjente,” sier han.

Forskere som Thompson tenker På Cold Atom Lab som en døråpning inn i kvanteverdenen. Kan døren svinge begge veier? Hvis temperaturen faller lavt nok, ” vil vi kunne montere atombølgepakker så brede som et menneskehår-det vil si stort nok for det menneskelige øye å se.”En skapning av kvantefysikk vil ha kommet inn i den makroskopiske verden.

Og så begynner den virkelige spenningen.

for mer informasjon Om Cold Atom Lab, besøk coldatomlab.jpl.nasa.gov

Forfatter: Dr. Tony Phillips | produksjonsredaktør: Dr. Tony Phillips / Kreditt: Vitenskap@NASA