Все устройство размером с ящик со льдом, а температура, которую оно достигает, будет в 10 миллиардов раз холоднее, чем космический вакуум.
Лаборатория холодного атома (CAL) скоро отправится на Международную космическую станцию и попытается создать среду в 10 миллиардов раз холоднее, чем космический вакуум.
Разработанное Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL), цель устройства размером с ледяной сундук состоит в том, чтобы использовать лазеры и магниты для замедления облака атомов до одной миллиардной доли градуса выше абсолютного нуля. (На самом деле достичь абсолютного нуля физически невозможно, но это самое близкое, на что мы способны.)
Цель? Чтобы наблюдать микроскопические квантовые явления, которые происходят только вблизи этой температуры. Когда эти облака атомов охлаждаются до такой степени, обычные законы физики начинают уступать место законам квантовой физики, в которой материя начинает вести себя как волны, а не как частицы, а ряды атомов начинают «… двигаться вместе с друг друга, как если бы они ехали на движущейся ткани. Эти загадочные формы волны никогда не наблюдались при таких низких температурах, каких достигает CAL», - пишет JPL.
Конденсаты представляют собой «сверхтекучие жидкости», обладающие нулевой вязкостью; это означает, что кинетическая энергия не будет рассеиваться, и атомы будут двигаться без трения.
«Если бы у вас была сверхтекущая вода и вы вращали ее в стакане, она бы вращалась вечно», - сказала Анита Сенгупта из JPL, руководитель проекта Лаборатории холодного атома. «Нет вязкости, чтобы замедлить его и рассеять кинетическую энергию. Если мы сможем лучше понять физику сверхтекучих жидкостей, мы, возможно, научимся использовать их для более эффективной передачи энергии.”
Лаборатория холодного атома (справа) была интегрирована в космический корабль Cygnus в преддверии его запуска 20 мая с космодрома Уоллопс на Международную космическую станцию (справа). (Изображение предоставлено: CAL/JPL/NASA)
Облака атомов, называемые конденсатами Бозе-Эйнштейна, были созданы на Земле, но гравитация заставляет их существовать лишь доли секунды. Если этот эксперимент будет успешным, он может длиться 10 секунд, что позволит провести гораздо больше исследований. Технологию можно усовершенствовать, чтобы эти атомы могли работать сотни секунд.
Причины этой попытки? Лучшее понимание темной материи, а также самой гравитации. Это исследование также принесет пользу квантовым компьютерам и атомным часам, последние жизненно важны для навигации космических кораблей.
Камаль Удрири, заместитель руководителя проекта в JPL, выразился так: «…даже со всеми нашими современными технологиями мы по-прежнему слепы к 95 процентам Вселенной. Подобно новой линзе в первом телескопе Галилео, сверхчувствительные холодные атомы в Лаборатории холодного атома могут раскрыть множество тайн, выходящих за рамки известной физики».