Най-студеното място в познатата ни Вселена

Всеки знае, че космосът е едно студено място. Температурите в това огромно пространство стигат до около 234 градуса под нулата. Само числото може да всее студ у човек, но това не е достатъчно за NASA. От агенцията планират да създадат най-студеното място в познатата ни Вселена. Това ще стане на борда на Международната космическа станция (МКС), пишат от NASA.

„Ще изследваме материята на температури, които са много по-ниски от тези, които откриваме в природата”, коментира Роб Томпсън от JPL (Лаборатория за реактивно движение). Той е част от проекта Cold Atom Lab (Лаборатория за студени атоми), който ще проведе NASA. Най-общо това е атомен „хладилник”, който трябва да бъде изпратен на МКС през 2016 г. „Целта ни е да свалим температурата до 100 пикокелвина”. Това означава температура, която е само една десета от милиарда (0.0000000001) над абсолютната нула (−273,15°C), където цялата термична активност на атома, поне на теория, спира. При такива ниски температури, концепцията за твърдо, течно и газообразно състояние на веществата става невалидна. Атомите, които си взаимодействат малко над прага на нулевата енергия, създават нови форми на материята, които са най-общо...квантови.

Квантовата механика е част от физиката, която описва странните правила на светлината и материята на ниво атом. В тази сфера материята може да бъде на две места едновременно, обектите имат поведението и на частици, но и на вълни, но и нищо не е сигурно – квантовият свят се базира на вероятности. Именно в тази странна сфера ще работят учените, който ще използват Лабораторията за студени атоми. „Ще започнем с изследване на Кондензацията на Бозе-Айнщайн”, обяснява Томпсън.

Разпределение на скоростите в свръхохладен газ от рубидиеви атоми, потвърждаващ откриването на нова форма на материята, кондензацията на Бозе-Айнщайн. Първото разпределение отговаря на момента преди появата на Бозе-Айнщайновата кондензация. В средата е състоянието на системата малко след появата на Бозе-Айнщайновата кондензация. Отдясно: след по-нататъшно изпарение, системата представлява Бозе-Айнщайнова кондензация в почти чист вид.

През 1995 г. учените откриват, че ако няколко милиона рубидиеви атома бъдат охладени почти до абсолютната нула, те се сливат в една единствена вълна на материята (Вълни на дьо Бройл). Това важи с пълна сила и за натрия. През 2001 година група учени, водена от Волфганг Кетерле от MIT, получава Нобелова награда по физика, тъй като постига кондензацията, която Бозе и Айнщайн са предвидили в началото на 20 век.

Ако бъдат създадени две кондензации, а след това бъдат събрани, те не се свързват по начина, по който го правят простите газове. Вместо това те имат поведение на вълни – тънки, паралелни слоеве от материя, разделени от тънки слоеве от празно пространство. „Лабораторията за студени атоми ще ни даде възможност да изследваме тези обекти на най-ниската температура”, казва Томпсън.

Лабораторията е и място, където учените ще могат да смесват изключително студени атомни газове, за да проверят резултата. „Смесиците от различни видове атоми могат да се носят заедно без почти никакви пертурбации”, обяснява Томпсън. „Това ще ни позволи да извършим прецизни измервания на много слаби връзки. Тестовете могат да ни доведат до откриването на интересни и нови квантови феномени.”

Космическата станция е най-доброто място за провеждане на тези експерименти. Микрогравитацията позволява на учените да изстудяват материята до температура, много по-ниска то тази, която е възможна на Земята. Томпсън обяснява: „Един от основните принципи на термодинамиката е, че когато газовете се разширяват, те се охлаждат. Много от нас имат опит в това. Ако пръскате с флакон, пълен с аерозоли, той се охлажда. Квантовите газове се охлаждат по много подобен начин, но вместо флакон, имаме „магнитен капан”. На МКС тези капани могат да бъдат много „слаби”, тъй като няма да е нужно да се борят с гравитацията. Слабите капани позволяват на газовете да се разширяват и изстудяват при по-ниски температури, отколкото е възможно на Земята.” Никой не може да каже със сигурност, къде ще бъдат отведи учените от това съществено проучване. Дори „практичните” приложения, които Томпсън изброява - квантови сензори, интерферометър за вълни на материята, атомни лазери, звучат като научна фантастика. „Навлизаме в непознатото”, добавя той.

Томпсън, подобно на своите колеги, вижда Лабораторията за студени атоми като врата към квантовия свят. Възможно ли е тя да се отваря и в двете посоки? Ако температурата падне достатъчно ниско, „ще можем да сглобим атомни вълни с големината на човешки косъм – достатъчно големи, за да бъдат видени с просто око.” „Създание” от квантовата физика ще е навлязло в микроскопичния свят. А тогава, започва истинският експеримент.

Новината със сигурност е изключително интересна и поради тази причина я споделяме с вас. Ако виждате неточности в терминологията, моля оставете своите коментари. Благодарим ви.

Редакция: промяна на превода на термина "Cold Atom Lab"