211service.com
Forskare har gjort Bose-Einstein-kondensat i rymden för första gången
Skapandet av den exotiska materien på den internationella rymdstationen är en teknisk bedrift som kan hjälpa till att låsa upp djupa mysterier i fysiken. 11 juni 2020
The Cold Atom Lab Science Cell. Atomer nära taket kyls och formas till Bose-Einstein-kondensat. NASA
Ombord på den internationella rymdstationen finns sedan maj 2018 en anläggning i mini-kylskåp som heter Cold Atom Lab (CAL), som kan kyla atomer i vakuum ner till temperaturer en tio miljarddels grad över absolut noll. Det är, för alla ändamål, en av de kallaste fläckarna i det kända universum. Och enligt a ny studie publicerad i Nature , har forskare precis använt det för att skapa ett sällsynt tillstånd av materia för första gången någonsin i rymden.
Bose-Einstein-kondensat, ibland kallat materiens femte tillstånd, är gasformiga moln av atomer som slutar bete sig som enskilda atomer och börjar bete sig som ett kollektiv. BEC, som de ofta kallas, förutspåddes först av Albert Einstein och Satyendra Nath Bose för över 95 år sedan, men de observerades först i labbet av forskare för bara 25 år sedan.
Den allmänna idén när man gör en BEC är att injicera atomer (i fallet med CAL, rubidium och kalium) i en ultrakall kammare för att sakta ner dem. En magnetfälla skapas sedan i kammaren med en elektrifierad spole, som används tillsammans med lasrar och andra verktyg för att flytta atomerna till ett tätt moln. Vid det här laget suddar atomerna ut i varandra, säger David Aveline, fysiker vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory och huvudförfattaren till den nya studien.
För att köra experiment med hjälp av en BEC måste du skruva ner eller släppa den magnetiska fällan. Molnet av trånga atomer kommer att expandera, vilket är användbart eftersom BEC:er måste hålla sig kalla, och gaser tenderar att svalna när de expanderar. Men om atomerna i en BEC kommer för långt ifrån varandra, beter de sig inte längre som ett kondensat. Det är här mikrogravitationen i låg jordomloppsbana spelar in. Om du försöker öka volymen på jorden, säger Aveline, kommer gravitationen bara att dra atomerna i mitten av BEC-molnet ner till botten av fällan tills de rinner ut, förvränger kondensatet eller förstör det helt. Men i mikrogravitation kan verktygen i CAL hålla ihop atomerna även när fällans volym ökar. Det ger en längre livslängd kondensat, vilket i sin tur gör det möjligt för forskare att studera det längre än de kunde på jorden (denna första demonstration pågick i 1,118 sekunder, även om målet är att kunna upptäcka molnet i upp till 10 sekunder).
David Aveline observerar CAL i miljötester vid NASA:s Jet Propulsion Lab innan lanseringen.
Även om det bara är ett första steg, kunde CAL-experimentet en dag tillåta BEC att utgöra grunden för ultrakänsliga instrument som upptäcker svaga signaler från några av universums mest mystiska fenomen, som gravitationsvågor och mörk energi. Ur ett mer praktiskt perspektiv tror Aveline att teamets arbete kan bana väg för bättre tröghetssensorer. Tillämpningarna sträcker sig från accelerometrar och seismometrar till gyroskop, säger han.
Under tiden får forskarna leka med CAL, som Aveline beskriver som ett system av knoppar att vrida, för att skapa unika förutsättningar för att experimentera med atomer. Teamet vet nu att det kan skapa Bose-Einstein-kondensat i rymden. Nästa steg är att justera inställningarna för att se vad som händer med dem när rattarna vrids till 11, så att säga.