211service.com
Forskere har laget Bose-Einstein-kondensater i verdensrommet for første gang
Opprettelsen av det eksotiske stoffet på den internasjonale romstasjonen er en teknologisk bragd som kan bidra til å låse opp dype mysterier i fysikk. 11. juni 2020
The Cold Atom Lab Science Cell. Atomer nær taket avkjøles og dannes til Bose-Einstein-kondensat. NASA
Om bord på den internasjonale romstasjonen siden mai 2018 er et anlegg i minikjølestørrelse kalt Cold Atom Lab (CAL), som er i stand til å kjøle ned atomer i et vakuum ned til temperaturer en ti milliarddel av en grad over absolutt null. Det er, for alle hensikter, et av de kaldeste stedene i det kjente universet. Og ifølge a ny studie publisert i Nature , har forskere nettopp brukt den til å skape en sjelden tilstand av materie for første gang i verdensrommet.
Bose-Einstein-kondensater, noen ganger kalt materiens femte tilstand, er gassformige skyer av atomer som slutter å oppføre seg som individuelle atomer og begynner å oppføre seg som et kollektiv. BEC-er, som de ofte kalles, ble først spådd av Albert Einstein og Satyendra Nath Bose for over 95 år siden, men de ble først observert i laboratoriet av forskere for bare 25 år siden.
Den generelle ideen når du lager en BEC er å injisere atomer (i tilfelle av CAL, rubidium og kalium) i et ultrakaldt kammer for å bremse dem. En magnetisk felle opprettes deretter i kammeret med en elektrifisert spole, som brukes sammen med lasere og andre verktøy for å flytte atomene inn i en tett sky. På dette tidspunktet blir atomene på en måte uskarpe i hverandre, sier David Aveline, fysiker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, og hovedforfatteren av den nye studien.
For å kjøre eksperimenter med en BEC, må du skru ned eller frigjøre magnetfellen. Skyen av overfylte atomer vil utvide seg, noe som er nyttig fordi BEC-er må holde seg kalde, og gasser har en tendens til å avkjøles når de utvider seg. Men hvis atomene i en BEC kommer for langt fra hverandre, oppfører de seg ikke lenger som et kondensat. Det er her mikrogravitasjonen til lav jordbane kommer inn i bildet. Hvis du prøver å øke volumet på jorden, sier Aveline, vil tyngdekraften bare trekke atomene i midten av BEC-skyen ned til bunnen av fellen til de renner ut, forvrenger kondensatet eller ødelegger det helt. Men i mikrogravitasjon kan verktøyene i CAL holde atomene sammen selv når fellens volum øker. Det gir et kondensat med lengre levetid, som igjen lar forskere studere det lenger enn de kunne på jorden (denne første demonstrasjonen varte i 1,118 sekunder, selv om målet er å kunne oppdage skyen i opptil 10 sekunder).
David Aveline observerer CAL i miljøtesting ved NASAs Jet Propulsion Lab før lansering.
Selv om det bare er et første skritt, kan CAL-eksperimentet en dag tillate BEC-er å danne grunnlaget for ultrasensitive instrumenter som oppdager svake signaler fra noen av universets mest mystiske fenomener, som gravitasjonsbølger og mørk energi. Fra et mer praktisk perspektiv tror Aveline at teamets arbeid kan bane vei for bedre treghetssensorer. Bruksområdene spenner fra akselerometre og seismometre til gyroskop, sier han.
I mellomtiden får forskerne leke seg med CAL, som Aveline beskriver som et system av knotter å dreie på, for å skape unike forhold for å eksperimentere med atomer. Teamet vet nå at det kan skape Bose-Einstein-kondensater i verdensrommet. Neste trinn er å justere innstillingene for å se hva som skjer med dem når knottene dreies til 11, for å si det sånn.