В ходе работы экспериментальной установки Калифорнийского технологического института на Международной космической станции удалось получить на орбите Земли конденсат Бозе — Эйнштейна или экзотическое состояние материи.
Конденсат Бозе — Эйнштейна представляет собой пятое состояние вещества, которое Альберт Эйнштейн смог предсказать на основе трудов Шатьендраната Бозе. Впервые КБЭ удалось получить в лабораторных условиях 25 лет назад.
Для получения конденсата нужно охладить газ бозонов до близкой к абсолютному нулю температуры, при этом атомы собираются вместе, как если бы они были одним большим «суператомом».
В обычных условиях земной гравитации изучать свойства такого вещества сложнее. Поэтому работы перенесли в условия микрогравитации Лаборатории холодного атома на МКС. Ее создали в 2018 году. Вместимость лаборатории составляет всего 0,4 м³, ее работа требует, в среднем, 510 Вт мощности.
В условиях микрогравитации у ученых появилось больше времени для изучения КБЭ. Если на Земле речь шла всего о сотых долях секунды для выполнения определенной задачи, то теперь ученые располагают более чем одной секундой. Кроме того, исследователи обнаружили, что им нужно меньше ресурсов для улавливания конденсатов. Это, в свою очередь, означает, что они могут создавать КБЭ при более низких температурах, когда экзотические квантовые эффекты становятся более выраженными.
Поскольку конденсат представляет собой экзотическую квантовую материю, изучение его свойств может дать ученым возможность управлять такими атомами и менять их свойства. Наработки могут использоваться в квантовых компьютерах и прототипах сверхпроводников.
«Уже сейчас мы работаем с атомами рубидия для того, чтобы проверить, можно ли использовать конденсат Бозе — Эйнштейна для сверхточных измерений и наблюдений за Землей, а также чтобы проверять фундаментальные законы физики», — заявил старший автор исследования Роберт Томпсон, физик из Калифорнийского технологического института в Пасадине.
Кроме того, ученые хотят добавить атомы калия, чтобы исследовать, что происходит, когда смешиваются два конденсата. Наконец, исследователи планируют использовать лабораторию для создания сферических конденсатов Бозе — Эйнштейна, которые могут появиться только в космосе.
«В прошлом мы получали основное представление о внутренних процессах в природе от ускорителей частиц и астрономических обсерваторий; в будущем, я считаю, точные измерения с использованием холодных атомов будут играть все более важную роль», — отметил Томпсон.
См. также:
