Wystrzelenie pomocy do badania chemii kwantowej na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Profesor Nicholas Bigelow z Rochester pomógł w opracowaniu eksperymentów prowadzonych w Laboratorium Zimnych Atomów NASA w celu zbadania podstawowej natury otaczającego nas świata.

W należącym do NASA laboratorium Cold Atom Lab na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej międzynarodowy zespół naukowców po raz pierwszy w przestrzeni kosmicznej wyprodukował gaz kwantowy zawierający dwa rodzaje atomów. osiągnięcie, Opisano to w nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie NatureStanowi kolejny krok w kierunku przeniesienia technologii kwantowych dostępnych obecnie na Ziemi w przestrzeń kosmiczną.

W drodze zdalnie sterowanych eksperymentów na Ziemi badacze wytworzyli kondensaty Bosego-Einsteina, kwantowy stan materii składający się z gazu atomowego schłodzonego do temperatur bliskich zera absolutnego. Mikołaja Bigelowaprofesor Lee A. DuBridge Fizyka I profesor optyka w Uniwersytetu w RochesterMówi, że te narzędzia kwantowe można wykorzystać do przyspieszenia badań istoty materii kwantowej, pomocy w nawigacji międzyplanetarnej, a także do pomocy w rozwiązywaniu tajemnic wszechświata i pogłębianiu naszego zrozumienia podstawowych praw natury.

Czerp korzyści z zerowej grawitacji

„W fizyce podstawowej jest wiele rzeczy, w których obecność grawitacji faktycznie ogranicza dokładność pomiaru, jaką można wykonać” – mówi Bigelow, dyrektor finansowanego przez NASA konsorcjum Ultracold Atoms in Space. „Usunięcie grawitacji pozwala na znacznie dłuższy czas obserwacji i uzyskanie większej precyzji pomiaru, a także pozwala dostrzec subtelne efekty, które w przeciwnym razie mogłyby być zamaskowane przez grawitację”.

Dzięki tej nowej możliwości Laboratorium Zimnych Atomów może teraz badać nie tylko właściwości kwantowe poszczególnych atomów, ale także chemię kwantową, która koncentruje się na tym, jak różne typy atomów oddziałują i łączą się ze sobą w stanie kwantowym. Naukowcy będą mogli przeprowadzić szeroki zakres eksperymentów w laboratorium zimnych atomów i dowiedzieć się więcej o niuansach prowadzenia ich w mikrograwitacji. Wiedza ta będzie niezbędna do wykorzystania tego wyjątkowego obiektu do opracowania nowych kosmicznych technologii kwantowych.

Jedna z zagadek, które naukowcy chcą rozwiązać, wiąże się z zasadą równoważności, która głosi, że grawitacja oddziałuje na wszystkie obiekty w ten sam sposób, niezależnie od ich masy. Stanowiąca część ogólnej teorii względności Alberta Einsteina – będącej podstawą współczesnej fizyki grawitacyjnej – zasada ta nie pasuje dokładnie do praw fizyki kwantowej, które opisują zachowanie małych obiektów, takich jak atomy. Naukowcy przeprowadzili już na Ziemi eksperymenty z interferometrami atomowymi, aby sprawdzić, czy zasada równoważności obowiązuje w skalach atomowych, ale mogą ją także dokładniej przetestować w przestrzeni kosmicznej, w laboratorium zimnych atomów.

Droga do zrozumienia ciemnej energii oraz ulepszenia czujników i zegarów

Bigelow twierdzi, że naukowcy planują przeprowadzić eksperymenty z wykorzystaniem interferometrów dwuatomowych i gazów kwantowych do pomiaru grawitacji z dużą precyzją, aby poznać naturę ciemnej energii, tajemniczego silnika odpowiedzialnego za przyspieszającą ekspansję Wszechświata. To, czego się nauczyli, może pomóc w opracowaniu precyzyjnych czujników do szerokiego zakresu zastosowań.

„Możemy stworzyć czujniki bardzo wrażliwe na małe obroty i zasadniczo wykorzystać te zimne atomy w kondensatach Bosego-Einsteina do budowy żyroskopów” – mówi Bigelow. „Te żyroskopy mogą zapewnić nam stały punkt odniesienia w przestrzeni kosmicznej, który można wykorzystać do nawigacji w głębokim kosmosie. Pracujemy także nad wieloma rzeczami, które mogą prowadzić do lepszych zegarów kosmicznych, które są niezbędne dla wielu rzeczy we współczesnym życiu, np. wysokich lotów -szybki internet” i globalny system pozycjonowania (GPS).”