Dyrekcja misji naukowych NASA
Jan. 30, 2014: wszyscy wiedzą, że przestrzeń jest zimna. W rozległej przepaści między gwiazdami i galaktykami temperatura materii gazowej rutynowo spada do 3 stopni K, czyli 454 stopni poniżej zera Fahrenheita.
zaraz zrobi się jeszcze zimniej.
naukowcy NASA planują stworzyć najzimniejsze miejsce w znanym wszechświecie wewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
“zamierzamy badać materię w temperaturach znacznie zimniejszych niż naturalnie”, mówi Rob Thompson z JPL. Jest naukowcem projektu dla laboratorium zimnych atomów NASA, “lodówki” atomowej, która ma zostać wystrzelona na ISS w 2016 roku. “Dążymy do obniżenia efektywnych temperatur do 100 Piko-kelwinów.”
100 pico-Kelvin jest tylko jedną dziesiątą miliardową stopnia powyżej zera absolutnego, gdzie cała aktywność cieplna atomów teoretycznie zatrzymuje się. W tak niskich temperaturach zwykłe pojęcia ciał stałych, cieczy i gazu nie mają już znaczenia. Atomy oddziałujące tuż powyżej progu zerowej energii tworzą nowe formy materii, które są zasadniczo.. quantum.
mechanika kwantowa jest gałęzią fizyki, która opisuje dziwaczne Zasady światła i materii w skalach atomowych. W tej sferze Materia może znajdować się w dwóch miejscach naraz; obiekty zachowują się jak cząstki i fale; i nic nie jest pewne: świat kwantowy działa na prawdopodobieństwie.
to właśnie w tę dziwną krainę zanurzą się badacze korzystający z laboratorium zimnych atomów.
” zaczniemy-mówi Thompson-od badania kondensatów Bosego-Einsteina.”
w 1995 roku naukowcy odkryli, że jeśli weźmiesz kilka milionów atomów rubidu i ochłodzisz je blisko zera absolutnego, połączą się one w pojedynczą falę materii. Sztuczka zadziałała również z sodem. W 2001 roku Eric Cornell z National Institute of Standards & Technology i Carl Wieman z University of Colorado podzielili się Nagrodą Nobla z Wolfgangiem Ketterle z MIT za niezależne odkrycie tych kondensatów, które Albert Einstein i Satyendra Bose przewidzieli na początku XX wieku.
jeśli utworzysz dwa BECs i połączysz je razem, nie mieszają się jak zwykły Gaz. Zamiast tego mogą “ingerować” jak fale: cienkie, równoległe warstwy materii są oddzielone cienkimi warstwami pustej przestrzeni. Atom w jednym BEC może dodać się do atomu w innym BEC i produkować-nie atom w ogóle.
“Laboratorium Cold Atom pozwoli nam badać te obiekty w możliwie najniższych temperaturach”, mówi Thompson.
laboratorium jest również miejscem, w którym naukowcy mogą mieszać super-chłodne gazy atomowe i zobaczyć, co się dzieje. “Mieszaniny różnych typów atomów mogą unosić się razem prawie całkowicie bez perturbacji”, wyjaśnia Thompson, ” pozwalając nam na dokonywanie wrażliwych pomiarów oddziaływań bardzo słabych. Może to prowadzić do odkrycia interesujących i nowatorskich zjawisk kwantowych.”
Stacja Kosmiczna jest najlepszym miejscem do przeprowadzenia tych badań. Mikrograwitacja pozwala naukowcom chłodzić materiały do temperatur znacznie chłodniejszych niż jest to możliwe na ziemi.
Thompson wyjaśnia dlaczego:
“to podstawowa zasada termodynamiki, że gdy Gaz się rozszerza, stygnie. Większość z nas ma z tym praktyczne doświadczenie. Jeśli rozpylisz puszkę aerozoli, puszka stygnie.”
gazy kwantowe są chłodzone w podobny sposób. W miejsce aerozolu może jednak mamy ‘ pułapkę magnetyczną.”
” na ISS pułapki te mogą być bardzo słabe, ponieważ nie muszą wspierać atomów przed przyciąganiem grawitacji. Słabe pułapki pozwalają gazom rozszerzać się i schładzać do niższych temperatur niż jest to możliwe na ziemi.”
nikt nie wie, dokąd poprowadzą te podstawowe badania. Nawet” praktyczne ” zastosowania wymienione przez Thompsona-czujniki kwantowe, interferometry fal materii i lasery atomowe, by wymienić tylko kilka—brzmią jak science fiction. “Wkraczamy w nieznane”
naukowcy tacy jak Thompson uważają Laboratorium zimnych atomów za drzwi do świata kwantowego. Czy drzwi mogą się obracać w obie strony? Jeśli temperatura spadnie wystarczająco nisko, ” będziemy w stanie zebrać Pakiety fal atomowych tak szerokie jak ludzki włos-to znaczy wystarczająco duże, aby ludzkie oko mogło je zobaczyć.”Istota fizyki kwantowej wejdzie do makroskopowego świata.
i wtedy zaczyna się prawdziwe podniecenie.
aby uzyskać więcej informacji o Laboratorium Cold Atom, odwiedź coldatomlab.jpl.nasa.gov
autor: dr Tony Phillips / montaż: Dr Tony Phillips / Credit: Science@NASA
