Naukowcy NASA odkryli piąty stan skupienia materii – w jednym z najzimniejszych miejsc we Wszechświecie – na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
-
Zobacz też: Najczęściej wyszukiwane hasła w Google
To przełomowe odkrycie może przyczynić się do głębszego zrozumienia tajemnic mechaniki kwantowej i otwiera nowe możliwości dla naukowców na całym świecie.
W lipcu 2018 roku na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przeprowadzono eksperyment, który polegał na schładzaniu atomów rubidu, miękkiego metalu, do ekstremalnie niskiej temperatury. Do osiągnięcia tego celu wykorzystano kombinację różnych technik, w tym schładzanie laserami, chłodzenie ewaporacyjne i pola magnetyczne. Efektem tego eksperymentu było zbliżenie atomów rubidu do temperatury około 100 nanoKelvinów, co jest tylko jedną dziesięcio-milionową Kelvina ponad absolutnym zerem. W tak niskiej temperaturze atomy rubidu przeszły w stan kondensatu Bosego-Einsteina (BEC).
Kondensat Bosego-Einsteina to wyjątkowy stan materii, w którym atomy zachowują się jak jeden duży super-atom, choć w rzeczywistości utrzymują znaczną odległość między sobą. Jest to piąty znany stan skupienia materii, obok plazmy, cieczy, gazu i stanu stałego. W przeciwieństwie do gazów, gdzie atomy poruszają się chaotycznie, a w ciałach stałych są uporządkowane i zbite, w kondensacie BEC pozostają uporządkowane, ale oddalone od siebie.
To odkrycie, które zostało przewidziane teoretycznie w 1924 roku i po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 roku, miało ogromne znaczenie dla fizyki i mechaniki kwantowej. Każda cząsteczka w tym stanie może być opisana jako fala, zgodnie z koncepcją Louisa de Broglie’a, co ułatwia badania na poziomie atomowym.
Jednak istniał pewien problem z prowadzeniem eksperymentów z kondensatem BEC na Ziemi. Siła grawitacji wpływała na wyniki eksperymentów, co sprawiało, że były one utrudnione. Dlatego NASA i Międzynarodowa Stacja Kosmiczna postanowiły wykorzystać mikrograwitację kosmiczną do prowadzenia dłuższych i bardziej precyzyjnych badań.
W tym celu stworzono miniaturową lodówkę z wbudowaną pułapką do tworzenia i łapania kondensatów, nazwaną CAL (Cold Atom Lab). Choć wydłużenie czasu obserwacji kondensatu z milisekund do nieco ponad sekundy może wydawać się niewielkim krokiem, to właśnie to pozwoliło naukowcom dokładniej zbadać te nietypowe stany materii.
Co więcej, w warunkach mikrograwitacji nad chmurką kondensatu BEC utworzyła się forma aureoli z atomów niewrażliwych na pole magnetyczne. To zjawisko nie występuje na Ziemi i było zupełnie nowym odkryciem. Te atomy tworzące aurę pozostawały uniesione nad magnetyczną pułapką, a nie zostały przyciągnięte w dół przez siłę grawitacji.
Naukowcy są przekonani, że te nowe warunki eksperymentów i możliwość budowania różnych rodzajów pułapek umożliwią bardziej zaawansowane badania związane z mechaniką kwantową. Jest to kolejny krok w kierunku lepszego zrozumienia fundamentalnych zasad natury i otwiera drzwi do nowych odkryć w dziedzinie fizyki atomowej.
Wyniki tych eksperymentów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej są dowodem na to, że kosmiczne warunki pozwalają na przeprowadzenie badań, które były niemożliwe do wykonania na Ziemi. To inspirujący przykład, jak międzynarodowa współpraca i zaawansowana technologia mogą prowadzić do przełomowych odkryć w nauce.
