Laboratorium w kosmosie. NASA znów bada piąty stan materii

Atomy działają jak fala

Nowatorskie laboratorium w kosmosie NASA znajduje się wiele kilometrów od nas. Mimo że badacze sterują nim z Ziemi, potrafią w nim obniżyć temperaturę atomów do stopnia nieco powyżej zera absolutnego. W warunkach mikrograwitacji atomy tworzą kondensat Bosego-Einsteina, piąty, niezwykły stan materii, w którym zachowują się jak jedna wielka fala. W takich warunkach materia przestaje zachowywać się jak „zwykłe” cząstki i zaczyna rządzić się prawami mechaniki kwantowej na makroskalę.

W najniższych temperaturach materia zachowuje się zupełnie inaczej niż cokolwiek, co znamy z doświadczenia. Falowa natura materii dominuje, a ultrazimna materia może zachowywać się w sposób nie tylko nieoczekiwany, ale także umożliwiający niezwykle precyzyjne pomiary czasu, grawitacji i ruchu. Laboratorium ma wiele narzędzi, zwłaszcza po najnowszej modernizacji, które pozwalają nam badać naturę Wszechświata.

– powiedział Jason Williams, jeden z przedstawicieli projektu Cold Atom Lab, cytowany przez NASA.

Po co NASA laboratorium w kosmosie

Po niedawnej modernizacji laboratorium NASA w kosmosie zyskało nowe możliwości. Astronautka, Jessica Meir, zainstalowała na ISS ulepszony moduł naukowy. Dzięki niemu naukowcy mogą lepiej kontrolować kształt chmur atomowych i prowadzić bardziej zaawansowane eksperymenty kwantowe w kosmosie.

Kwantowe czujniki mogą zmienić nawigację

Projekt wspiera pięć międzynarodowych zespołów badających fizykę fundamentalną. Jednocześnie testuje technologie kwantowe, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w precyzyjnej nawigacji, badaniu grawitacji Ziemi i Księżyca, a także w zaawansowanych misjach kosmicznych.

Najpierw wielki żar, potem niemal bezruch

Najważniejszą częścią Cold Atom Lab jest złożony moduł naukowy. Proces zaczyna się od podgrzania cienkiego paska rubidu lub potasu do temperatury około 400°C. Powstały gaz jest następnie schładzany za pomocą precyzyjnie dostrojonych laserów. Gdy atomy stracą energię, pułapka magnetyczna przechwytuje je i utrzymuje w miejscu. W mikrograwitacji chmura kwantowa może istnieć znacznie dłużej niż na Ziemi. Na Ziemi istnieją podobne urządzenia, jednak żaden z nich nie daje tyle czasu na obserwację w stanie nieważkości. Właśnie dlatego laboratorium w kosmosie jest tak cenne.

W poprzednim stuleciu rewolucja kwantowa doprowadziła do powstania laserów, telefonów komórkowych i rezonansu magnetycznego. Dziś realizujemy Quantum 2.0, bezpośrednią manipulację dużymi stanami kwantowymi i liczymy na równie przełomowe korzyści technologiczne dzięki rozwojowi tej nauki na orbicie.

– mówił Ethan Elliott, zastępca kierownika naukowego projektu Cold Atom Lab w JPL

Warto przeczytać: Mały chip, ogromna stawka. Tak NASA chce przyspieszyć misje kosmiczne