Квантовий експеримент на МКС призвів до створення п'ятого стану речовини із двох типів атомів
На МКС є компактна лабораторія розміром з невеликий холодильник, у якій виробляються найхолодніші речовини у Всесвіті. Вона називається лабораторією холодного атома. Вчені використовують цю камеру на дослідження незвичайних квантових властивостей атомів за умов мікрогравітації. Нещодавно вони вперше створили квантовий газ (конденсат Бозе-Ейнштейна) із двох типів атомів — калію та рубідії. Це відкриття може призвести до розвитку нових космічних технологій, а також допоможе перевірити принципи загальної теорії відносності та квантової фізики.
Чотири відомі стани матерії - це газ, рідина, тверді тіла і плазма. Але існує екзотичний п'ятий стан – конденсат Бозе-Ейнштейна. Воно було вперше виявлено у 1990-х роках.
Цей стан не знаходили у природі, але вчені можуть його створити. Конденсат Бозе-Ейнштейна генерується в ультрахолодних лабораторіях, таких як Лабораторія холодного атома, де лазери або магніти допомагають охолодити атоми хмари до абсолютного нуля або -273°C. Це найнижча температура, можлива у Всесвіті. У цьому стані атоми сповільнюються, їх краї зливаються, і вчені можуть спостерігати квантові ефекти, які дуже важко досліджувати.
На Землі гравітація змушує конденсати Бозе-Ейнштейна розсіюватися, як тільки відключаються надохолодні магніти або лазери в експериментальній камері. Однак, цього не відбувається в умовах мікрогравітації. Вчені вперше створили конденсат Бозе-Ейнштейна в Лабораторії холодного атома у 2018 році, коли камеру було встановлено на МКС. І в наступні роки вони успішно вивчали це явище. Лабораторія керується дистанційно командою Лабораторії реактивного руху NASA (JPL).
Тепер дослідники показали, що вони можуть створити такий квантовий газ не з одного, а двох типів атомів. У цьому випадку вони досягли цього, використовуючи хмару атомів калію та рубідії. Згідно із заявою JPL, майбутня робота з цим видом квантового газу може бути використана для розвитку космічних квантових технологій, які вже існують на Землі.
Одним із прикладів використання холодних атомів у конденсаті Бозе-Ейнштейна є створення надзвичайно чутливих гіроскопів. Ці гіроскопи можуть використовуватися для створення нерухомої точки відліку в космосі, що може бути корисним для навігації в далеких космічних подорожах. Вчені також працюють над удосконаленням космічного годинника, який має важливе значення для багатьох сучасних технологій, таких як високошвидкісний інтернет та системи позиціонування GPS.
Дослідники також вважають, що майбутні експерименти у Лабораторії холодного атома можуть допомогти перевірити принцип еквівалентності – центральний елемент загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. Цей принцип стверджує, що гравітація має однаково впливати на всі об'єкти, незалежно від їхньої маси. Проте вченим було складно поєднати цей принцип із законами квантової механіки, які описують поведінку найменших відомих об'єктів у Всесвіті. Вони сподіваються, що квантові експерименти у космосі зможуть допомогти їм перевірити цей принцип із вищою точністю.