Уявіть собі міні-холодильник, який замість їжі зберігає… новий стан матерії. Саме так працює оновлена лабораторія Cold Atom Laboratory на борту Міжнародної космічної станції: у невагомості вона охолоджує атоми майже до абсолютного нуля і перетворює їх на п’ятий стан матерії. Про це розповідає матеріал на сайті Live Science.
Що відомо коротко
На МКС працює квантова лабораторія Cold Atom Laboratory розміром з міні-холодильник, створена NASA.
Вона охолоджує гази рубідію та калію до температур, майже рівних абсолютному нулю (−273,15 °C).
За таких умов атоми утворюють конденсат Бозе–Ейнштейна — п’ятий стан матерії, де багато атомів поводяться як одна квантова «хвиля».
Невагомість на орбіті дозволяє цим квантовим хвилям розширюватися та еволюціонувати значно довше, ніж на Землі.
Останнє, четверте велике оновлення лабораторії додало нову магнітну пастку, кращі джерела атомів і точніші вимірювальні інструменти.
Отримані результати можуть стати основою для майбутніх космічних квантових технологій навігації, позиціонування, вимірювання часу та гравітації.
Що таке п’ятий стан матерії і чому він такий дивний
У школі ми звикаємо до трьох станів матерії: твердий, рідкий і газоподібний. Іноді додають ще плазму — «розігрітий» газ із заряджених частинок. Але при екстремально низьких температурах з’являється ще один, зовсім не інтуїтивний стан — конденсат Бозе–Ейнштейна.
Якщо охолоджувати хмару атомів майже до абсолютного нуля, вони втрачають майже всю енергію руху. У цей момент починає домінувати їхня хвильова природа. Замість безлічі окремих частинок ми отримуємо щось на кшталт однієї великої квантової хвилі, де атоми поводяться узгоджено, як єдиний «суператом».
У звичайному житті ми такого не бачимо: тепло, зіткнення та гравітація миттєво руйнують настільки делікатний стан. Тому вченим потрібні надпотужні холодильники, лазери й надточний контроль, щоб хоча б на мить «зловити» цей п’ятий стан матерії.
Чому для квантового холоду NASA піднялося в космос
Атоми — надзвичайно малі. Якщо уявити, що атом має розмір м’ячика для гольфу, то людина, яка його відбиває, була б заввишки приблизно як відстань від Землі до Місяця. Вимірювати настільки дрібні об’єкти й їхню квантову поведінку — майже неможливе завдання.
На Землі до цього додається ще одна проблема: гравітація та тепло. Вони постійно «смикають» атоми, руйнуючи тонкі квантові ефекти — суперпозицію, заплутаність, хвильову поведінку. Будь-який зайвий рух або нагрів — і експеримент зіпсовано.
Саме тому NASA винесло експеримент у космос. На низькій навколоземній орбіті, де літає МКС, панує
