Физиктер ЭКСтин бортунда экзотикалык "заттын бешинчи түрүн" жаратышат

Физиктер ЭКСтин бортунда экзотикалык "заттын бешинчи түрүн" жаратышат
Физиктер ЭКСтин бортунда экзотикалык "заттын бешинчи түрүн" жаратышат
Anonim

Nature журналында жарыяланган акыркы макалага ылайык, Калифорния технология институтунун жана реактивдүү кыймыл лабораториясынын физиктери космосто Бозе-Эйнштейн конденсаты (BEC) деп аталган сейрек кездешүүчү кванттык абалды түзүшкөн. Физиктер муну Эл аралык космостук станциясынын (ISS) бортуна чакан муздаткычтын көлөмүндөгү компакт-эксперименталдык орнотууну орнотуу менен жасашты. Ал Cold Atom Laboratory (CAL) деп аталат, башкача айтканда "ааламдагы эң сонун жер".

БЭК 1920 -жылдары атомдордун толкундуу мүнөзү атомдордун бири -бирине жетишерлик жакын жайгашып, жайылып кетишине мүмкүндүк берерин алдын ала айткан Альберт Эйнштейн менен индиялык физик Сатьендра Бозе атындагы. Кадимки температурада атомдор бири -биринен секирип, бильярд топтору сыяктуу иштешет. Төмөнкү температура алардын ылдамдыгын төмөндөтөт. Эгерде температура жетишерлик төмөндөсө (абсолюттук нөлдөн бир даражанын миллиарддан бир бөлүгү) жана атомдор жетишерлик тыгыз топтолгон болсо, ар түрдүү заттардын толкундары бири -бирин "сезип", өздөрүн координациялай алышат, алар чоң "супероматтар" сыяктуу.

Физиктер Эрик Корнелл менен Карл Виеман, андан кийин Колорадо университетинин JILA лабораториясында, 1995 -жылы лабораторияда биринчи БЭКтерди түзүшкөн. Лазердик тузакты колдонуп, 10 миллионго жакын рубидий газын муздатышты; муздаган атомдор магнит талаасы менен кармалып турган. Бирок атомдор дагы эле БЭКти түзүү үчүн жетишерлик муздак эмес болчу, ошондуктан алар экинчи кадамды, буулантма муздатууну кошушту, мында магниттик талаалар тармагы эң ысык атомдорду кактыруу үчүн координацияланган, ошондо суук атомдор бири -бирине жакындашат. Бул процесс буулантуучу муздатуу эртең мененки чайыңызда болгон сыяктуу иштейт - ысык атомдор магниттик тузактын чокусуна чыгып, буудай "секирет".

2001 -жылдын сентябрына чейин отуздан ашык команда экспериментти кайталашкан. Бул ачылыш физиканын таптакыр жаңы тармагынын башталышын белгиледи. БЭК илимпоздорго кванттык физиканын таң калыштуу, кичинекей дүйнөсүн лупа аркылуу карагандай изилдөөгө мүмкүнчүлүк берет; БЭК лазер фотондорду күчөткөндөй эле атомдорду "күчөтөт". Wiemann, Корнелл жана Вольфганг Кеттерле жетишкендиктери үчүн 2001 -жылы физика боюнча Нобель сыйлыгын бөлүшкөн.

Германиянын эксперименти MAIUS 1 (Микрогравитациядагы Эне Толкуну Интерферометриясы) 2017-жылы БЭКти космоско микрогравитациялык учуунун алты мүнөттүк фазасында, ракетанын бортунда жараткан. Жердеги БЭКти түзүү үчүн керектүү лабораториялык жабдуулар 1 м3 жетпейт жана иштеши үчүн болжол менен 510 ватт талап кылынат, бул ЭКС боюнча эксперименттер үчүн идеалдуу кылат. CAL аспабы 2018 -жылдын май айында бортко орнотулган. Учурда объект БЭК түзүү үчүн рубидий атомдорун колдонуп жатат, бирок аралаш БЭКтин физикасын изилдөө үчүн калий атомдорун аралашмага кошуу пландары бар.

Это значительное достижение, потому что BEC, созданные в космосе, работают дольше, чем в наземных лабораториях, даже после того, как замкнутые ловушки отключаются, что дает физикам немного больше времени для изучения экзотического состояния вещества - на одну секунду, по сравнению с долями секунды жерде. Нил Пател Technology Reviewде түшүндүргөндөй.

БЭКтин жардамы менен эксперименттерди жүргүзүү үчүн, биз магниттик тузакты өчүрүүбүз же бошотушубуз керек. Атомдордун булуту кеңейет, бул пайдалуу, анткени БЭКтер муздак бойдон калышы керек жана газдар кеңейген сайын муздап калышат. Бирок эгер БЭКтин атомдору өтө алыс болсо, алар мындан ары конденсация сыяктуу мамиле кылышпайт. Бул жерде Жердин төмөн орбитасындагы микро гравитация ойнойт. Эгерде сиз Жердеги көлөмдү көбөйтүүгө аракет кылсаңыз, дейт JPL физиги Дэвид Эвелин, Nature журналындагы акыркы макаланын авторлорунун бири, гравитация БЭКтин борборундагы атомдорду капкандын түбүнө түшүрүп түшүрмөйүнчө тартат, конденсатты бурмалоо же толугу менен жок кылуу.

Бирок микрогравитацияда, КАЛдагы инструменттер тузактын көлөмү чоңойгон сайын атомдорду кармап тура алат. Бул конденсатты көпкө жашайт, бул өз кезегинде илимпоздорго Жердегиден узагыраак изилдөөгө мүмкүндүк берет (алгачкы көрсөтүү 1.18 секунд болчу, бирок булут 10 секунд изилдей алат)).

"Биз BEC эксперименттерин күн сайын, бир нече саат бою жасайбыз" деди Эвелин. Курал толугу менен алыстан башкарылат. Биз аны Жердеги компьютерлерден иштетебиз ».

CAL башында запастык бөлүктөргө муктаж болгонго чейин болжол менен бир жыл иштеши керек болчу, бирок ЭКСтин астронавттары - өзгөчө Кристина Кох - анын кызмат мөөнөтүн узартуу үчүн маанилүү техникалык тейлөөнү жүргүзүштү. Курал эки жылдан бери иштейт. Акыркы жакшыртууларга БЭКтин жардамы менен планетанын бетиндеги тартылуу күчүнүн өзгөрүшүн өлчөй турган атомдук интерферометр кирет. БЭК акыры аксиондорду, теориялык жактан муздак караңгы бөлүкчөнү аныктай алат же кара энергия булактарын табуу үчүн колдонулушу мүмкүн.

"Өткөндө жаратылыштын ички иштеши жөнүндө биздин негизги түшүнүгүбүз бөлүкчө ылдамдаткычтарынан жана астрономиялык обсерваториялардан келип чыккан",-деп жазат автор Роберт Томпсон Калтехтен. "Мен муздак атомдорду колдонгон так өлчөөлөр келечекте барган сайын маанилүү роль ойнойт деп ишенем."

Сунушталууда: