Пето веществено състояние в рекордна продължителност, наблюдавано на борда на МКС за първи път
Това е първи успех за експеримента CAL (Cold Atom Laboratory) на борда на ISS. За първи път изследователите успяха да създадат пето състояние на материята в космоса с по-малко от милиардна част от кондензатите на Келвин, Бозе-Айнщайн. CAL може да отвори вратата за измервания на безпрецедентна точност с атомни лазери, които биха могли да бъдат ключът към нова физика в областта на гравитацията, с разширяване на Вселената или квантова информация.
Тогава Емпедокъл Аристотел разграничи четири, тогава пет основни елемента, съставляващи реалността: Земя, вода, въздух, огън и етер. За съвременните физици тези подразделения могат да съответстват на състоянията на материята в първите три случая, а именно твърдо, течно и газово. Огънят може да се счита за плазма, ако температурата му е достатъчно висока, плазма, която може да се разглежда като четвърто състояние на материята. Що се отнася до етера, с него може да се асоциира понятието поле и най-напред това за пространство-време.
Въпреки това, когато физиците говорят за пето състояние на материята в наши дни, те имат предвид Бозе-Айнщайн кондензатите (BEC). Те се получават от атоми, чиито ядра съдържат четен брой протони и неутрони, така че в квантовата механика те се държат като бозони. За да се наблюдава BEC, е необходимо да се понижи до много ниски температури за газ от частици, които имат много малко или никакво взаимодействие, какъвто е случаят с разреден газ и a fortiori с фотони. Освен това чрез изучаване на газа от фотони, образуващи излъчването на черно тяло от идеите, изложени от индиеца Сатиендранатх Бозе, Алберт Айнщайн откри теоретично през 1924 г. феномена, носещ името днес на двамата физици.
Микрогравитацията, ключ към изследването на BEC
Някога се смяташе, че свръхфлуидността на хелий-4 е проява на кондензация на Бозе-Айнщайн, но взаимодействията между атомите на този изотоп на хелий са твърде силни, за да може наистина да е така, въпреки че идеята е частично уместна. Едва през 1995 г. първият реален газообразен кондензат е произведен от Волфганг Кетерле, Ерик Корнел и Карл Уиман, проправяйки пътя за изследване на ултрастудените разредени атомни газове в квантовия режим, който им носи Нобелова награда за физика. през 2001г.
Днес публикация в Nature обявява голям успех в тази вълнуваща област на изследване, която е BEC. Както Futura обясни в няколко от предишните статии по-долу, екип от изследователи работи от години по експеримента CAL (Cold Atom Laboratory), който се провежда на борда на ISS и към който се присъедини на 21 май 2018 г.
Тези физици ни уведомяват, че следователно са успели за първи път да произведат и наблюдават това пето материално състояние на борда на Международната космическа станция (МКС). Наличието на микрогравитация дава възможност да се победят няколко рекорда там с BEC, особено достигайки изключително ниски температури, за които не виждаме как те биха могли да бъдат получени по естествен начин в наблюдаемия космос в момента, освен от друга технически напреднала цивилизация.
Атомни лазери за изследване на тъмната енергия
Преди всичко, експериментите, проведени с BEC, които първоначално се състоят в улавяне и охлаждане на атомен газ с електромагнитни полета, по-специално лазерни лъчи, изискват позволяването на частиците газ да се разширява. Но не много, иначе колективният квантов ефект, обяснен в анимацията на първото видео в горната част на тази статия, изчезва.
На Земята разширяването е твърде бързо, за да даде времето, необходимо за определени изследвания, но при постоянна микрогравитация, както на борда на МКС, можем да победим рекордите за времето на съществуване на BEC за експерименти, които интересуват физиците. По-точно, изследователите обявяват, че са достигнали продължителност от една секунда с BEC на рубидиеви атоми като част от експеримента CAL, невиждан никога на Земята !
Има много възможни приложения с BECs толкова стабилни и студени, колкото тези, които сега са възможни на борда на ISS. Те позволяват принципите на квантовата механика да бъдат тествани при нови условия. По този начин колективната материална вълна, при която отделните материални вълни от атоми на рубидий се трансформират при ниска температура, трябва да може да достигне размер, който може да се счита за макроскопичен, а именно този на косъм, като по този начин проявява в нашия мащаб квантово явление. Това е достатъчно, за да се изследва все още слабо разбраната граница между квантовия свят и класическия свят.
Истинските атомни лазери с кондензати на Бозе-Айнщайн биха позволили да се правят по-точни измервания на времето и пространството, отколкото с фотонните лазери, както и интерференционни експерименти, които във всички тези случаи биха могли да разкрият нова физика. По този начин се предлагат експерименти от този вид, за да се тества принципът на еквивалентност или да се открие природата на тъмната енергия. Очакваната чувствителност също би направила BEC интерферометрията интересна за спътникова навигация, изследване и наблюдение на Земята. .
Най-студената точка във Вселената е на борда на МКС
Статия от Laurent Sacco, публикувана на 27.12.2018
Поредица от експерименти с атоми, охладени до почти милиардна част от Келвин, се провеждат от няколко месеца на борда на МКС. Съдбата е да счупи нов рекорд в областта на ниските температури с кондензати на Бозе-Айнщайн. Тя може да отвори вратата за измервания с безпрецедентна точност, която може да бъде ключът към новата физика в областта на гравитацията или квантовата информация..
Futura го обяви в предишната статия по-долу, експериментът CAL (Cold Atom Laboratory) е в ход на борда на МКС, към която се присъедини на 21 май 2018 г. Това е истинска обиколка, защото обикновено се използват инструменти, които заемат цяла стая на Земята, за да се получи Бозе-Айнщайн кондензат от ултра студени атоми. Въпреки това, в настоящия случай CAL има размер на малък хладилник и експериментът също може да се контролира от земята. Няколко екипа от изследователи ще имат достъп до това устройство за провеждане на различни видове изследвания.