В исследовании, опубликованном в журнале Nature, сообщается о создании пятого состояния вещества – конденсата Бозе-Эйнштейна – на борту Международной космической станции. Использование космической микрогравитационной среды позволит ученым исследовать фундаментальную физику в этой экзотической форме материи.
Конденсат Бозе-Эйнштейна – это состояние вещества, которое образуется, когда газ бозонов (таких как атомы рубидия) охлаждается почти до абсолютного нуля. При этой низкой температуре атомы приобретают квантовые свойства. Конденсаты Бозе-Эйнштейна находятся на границе между микроскопическим миром, управляемым квантовой механикой, и макроскопическим миром, подчиняющимся законам классической физикой. Как таковые, они могут предложить фундаментальное понимание квантовой механики, но их точное измерение затрудняется гравитацией.
Преодолев эти ограничения, Роберт Томпсон из Калифорнийского технологического института (США) и его коллеги сообщают о запуске и успешной работе Лаборатории холодного атома на борту Международной космической станции. Они описывают приготовление бозе-эйнштейновских конденсатов в условиях микрогравитации и измеряют различия их свойств по сравнению с теми, которые наблюдаются на Земле.
Например, время свободного расширения (как долго атомы колеблются и могут быть измерены после того, как ограничивающие ловушки были отключены) протекает около одной секунды по сравнению с десятками миллисекунд, обычно достижимыми на Земле. Более длительное время наблюдения приводит к беспрецедентной точности измерений. Кроме того, в условиях микрогравитации атомы могут быть захвачены более слабыми силами, что позволяет достичь более низких температур, при которых экзотические квантовые эффекты становятся все более заметными.
Эти первоначальные эксперименты показывают, что космическая лаборатория может способствовать будущим исследованиям ультрахолодных атомных газов.
«Успешное поколение конденсатов Бозе-Эйнштейна на орбите открывает новые возможности для исследования квантовых газов, а также для атомной интерферометрии и прокладывает путь для еще более амбициозных миссий», – заключили исследователи.