Ученым из Калифорнийского технологического института в Пасадене удалось создать установку, с помощью которой на борту Международной космической станции получили пятое состояние вещества – конденсат Бозе – Эйнштейна, сообщает журнал Nature.
Известно, что конденсат Бозе – Эйнштейна (КБЭ) – это агрегатное состояние вещества. Оно было предсказано в законах квантовой механики Альбертом Эйнштейном на основе работ Шатьендраната Бозе в 1925 году. Оно образуется, когда газ бозонов – атомов, имеющих четное общее число протонов и нейтронов, доходит до температуры близкой к нулю, при которой атомы почти не двигаются.
В 1995 году первый КБЭ на основе газа атомов рубидия получили в лаборатории. Но дальнейшее изучение свойств этого состояния вещества на Земле невозможно из-за гравитации. Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые создали на МКС Лабораторию холодного атома. Именно это дало огромные возможности для дальнейших исследований.
Центральным принципом квантовой механики является корпускулярно-волновой дуализм, согласно которому каждая частица может быть описана как волна материи. В ультрахолодных газовых комплексах атомы заполняют самое низкое энергетическое состояние, и их облако можно рассматривать как единую материальную волну.
Конденсация Бозе – Эйнштейна достигается охлаждением атомного облака с помощью магнитного испарения – комбинации светового и магнитного полей. При таком подходе атомы заключаются в магнитную ловушку, а те из них, которые обладают наибольшей кинетической энергией, выбиваются из ловушки радиочастотным излучением. Остальные атомы сталкиваются друг с другом и достигают теплового равновесия при более низкой температуре. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется КБЭ.
Оказалось, что свойства конденсатов Бозе – Эйнштейна в условиях космической микрогравитации существенно отличаются от их свойств на Земле. Например, время свободного расширения, когда атомы колеблются после отключения магнитных ловушек, в космосе составляет около секунды, в отличие от миллисекунд на Земле.
Помимо того, ученые обнаружили, что в условиях микрогравитации для захвата атомов требуются меньшие силы, а значит экзотические квантовые эффекты становятся заметными при менее экстремальных температурах.
Специалисты предполагают, что такой прогресс в изучении атомов откроет новые возможности для экспериментов по изучению свободного падения и темной энергии.
