Спустя два месяца после прибытия на Международную космическую станцию лаборатории для создания самой холодной точки во Вселенной, ученые сообщили о первых успешных экспериментах.

В конце мая на МКС была установлена лаборатория NASA Cold Atom Laboratory (CAL), которая сейчас производит облака ультрахолодных атомов, также известных как конденсаты Бозе – Эйнштейна. Эти конденсаты достигают температур чуть выше абсолютного нуля – точки, в которой атомы теоретически полностью прекращают двигаться. Это первый раз, когда конденсаты Бозе – Эйнштейна производят на орбите.

CAL представляет собой многопользовательское помещение, предназначенное для изучения фундаментальных законов природы посредством ультрахолодных квантовых газов в условиях микрогравитации. Холодные атомы – это долговечные, точно контролируемые квантовые частицы, предоставляющие идеальную платформу для изучения квантового феномена и потенциального применения квантовых технологий. Лаборатория NASA – первая в своем роде в космосе. Она предназначена для улучшения точности измерений гравитации, исследования давних проблем с квантовой гравитацией (изучение Вселенной в самых малых масштабах) и исследования волнообразной природы материи.

«Работа эксперимента с конденсатами Бозе – Эйнштейна на космической станции – это сбывшаяся мечта, – говорит ученый CAL *и физик Лаборатории реактивного движения *NASA Роберт Томпсон. – Это был долгий и сложный путь, но он стоил всех испытаний потому, что теперь мы сможем сделать столько всего с этой лабораторией».

На графике показано изменение плотности атомного облака в процессе охлаждения до все более низких температур (слева направо) и приближения к абсолютному нулю. Появление острого пика на последнем изображении подтверждает формирование конденсата Бозе – Эйнштейна / CAL / NASA

На прошлой неделе ученые CAL подтвердили, что им удалось произвести конденсаты Бозе – Эйнштейна из атомов рубидия на температурах, достигающих 100 нанокельвинов (одна десятимиллионная кельвина выше абсолютного нуля, абсолютный ноль – ноль кельвинов – равняется минус 459 градусам по Фаренгейту или минус 273 градусам по Цельсию). Это даже холоднее средней температуры в космосе, которая составляет примерно 3 кельвина. Но ученые CAL нацелились на гораздо более низкие значения и намереваются достичь температур ниже, чем любой из экспериментов с конденсатами Бозе – Эйнштейна, проведенных на Земле.

На таких ультрахолодных температурах атомы в бозе-конденсате начинают вести себя отлично от всего, что есть на Земле. Более того, конденсаты Бозе – Эйнштейна считаются пятым состоянием материи, отличным от газов, жидкостей, твердых веществ и плазмы. В бозе-конденсате атомы ведут себя скорее как волны, нежели как частицы. Волновая природа атомов обычно наблюдается только в микроскопических масштабах, но конденсаты Бозе – Эйнштейна делают этот феномен макроскопическим, а значит – более доступным для изучения. Все ультрахолодные атомы достигают самого низкого энергетического состояния, принимают одну и ту же волновую функцию и становятся неотличимыми друг от друга. Вместе они образуют атомное облако, становясь одним «сверхатомом», нежели отдельными атомами.

Помимо атомов рубидия для создания бозе-конденсатов, команда CAL работает над созданиемтаковых из двух разных изотопов атомов калия. На данный момент, лаборатория находится на этапе ввода в эксплуатацию, во время которого операционная группа проводит длительную серию тестов для полного понимания работы CAL в условиях микрогравитации.