Cold Atom Lab

[Giannis]

Η αστροναύτης Christina Koch καλωσόρισε πρόσφατα μια πολύ ωραία άφιξη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό: ένα νέο κομμάτι εργαλείο για το Cold Atom Lab, μια πειραματική φυσική εγκατάσταση που ψύχει τα άτομα σχεδόν στο απόλυτο μηδέν ή μείον 459 βαθμούς Φαρενάιτ (μείον 273 βαθμοί Κελσίου). Αυτό είναι πιο κρύο από οποιοδήποτε γνωστό μέρος στο σύμπαν.

Το Cold Atom Lab λειτουργεί στην επιστημονική ενότητα του διαστημικού σταθμού από τον Ιούλιο του 2018 και λειτουργεί εξ αποστάσεως από το Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. Πέντε ομάδες επιστημόνων στη Γη χρησιμοποιούν το Εργαστήριο Ψυχρού Ατόμου για να πραγματοποιήσουν μια ποικιλία πειραμάτων για να απαντήσουν σε ερωτήσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί ο κόσμος μας στη μικρότερη κλίμακα.

Το νέο υλικό περιλαμβάνει ένα όργανο που ονομάζεται συμβολόμετρο ατόμου που θα επιτρέψει στους επιστήμονες να κάνουν λεπτές μετρήσεις της βαρύτητας και να διερευνήσουν θεμελιώδεις θεωρίες της βαρύτητας. Η περαιτέρω ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας στο διάστημα θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιωμένους αισθητήρες αδρανειακής δύναμης, οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό εργαλείων για βελτιωμένη πλοήγηση διαστημικών σκαφών, για ανίχνευση της σύνθεσης και της τοπολογίας πλανητών και άλλων ουράνιων σωμάτων και για τη μελέτη του κλίματος της Γης.

Η ψύξη των ατόμων σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες τα επιβραδύνει σημαντικά, επιτρέποντας στους επιστήμονες να τα μελετήσουν πιο εύκολα. (Τα άτομα σε θερμοκρασία δωματίου κινούνται πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου, ενώ τα υπερψυχρά άτομα κινούνται πιο αργά από ένα σαλιγκάρι κήπου.) Η υπερψυχρή φυσική των ατόμων έχει οδηγήσει σε ανακαλύψεις όπως η ανακάλυψη της υπερρευστότητας και της υπεραγωγιμότητας, καθώς και η παραγωγή μιας πέμπτης κατάστασης ύλη, που ονομάζεται Συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Προβλέφθηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1920, τα BEC επιτρέπουν στους επιστήμονες να παρατηρούν κβαντικές συμπεριφορές ατόμων σε μακροσκοπική κλίμακα.

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν εγκαταστάσεις υπερψυχρού ατόμου σε εργαστήρια που συνδέονται με τη Γη για περισσότερα από 20 χρόνια. Αλλά το CAL είναι η πρώτη τέτοια εγκατάσταση στην τροχιά της Γης, όπου το περιβάλλον μικροβαρύτητας παρέχει στους επιστήμονες μεγαλύτερους χρόνους παρατήρησης για μεμονωμένα δέσμη ατόμων και μπορεί να επιτρέψει χαμηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που μπορούν να επιτευχθούν στο έδαφος.

Τα υπερψυχρά άτομα παρέχουν επίσης ένα παράθυρο στην κβαντομηχανική, όπου τα σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται με περίεργους τρόπους, όπως να περνούν αυθόρμητα μέσα από φυσικά εμπόδια ή να επικοινωνούν στιγμιαία σε μεγάλες αποστάσεις. Η μελέτη της κβαντικής μηχανικής οδήγησε στην ανάπτυξη τέτοιων απανταχού τεχνολογιών όπως τα λέιζερ, οι ημιαγωγοί και τα τρανζίστορ. Κάνοντας το άλμα στην τροχιά της Γης, το Cold Atom Lab μπορεί να ανοίξει την πόρτα για την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών στο διάστημα.