Tarptautinėje Kosmoso Stotyje sukurta egzotiška penktoji materijos būsena

Egzotiška penktoji materijos būsena sukurta vienoje iš šalčiausių vietų Visatoje – įrenginyje, esančiame Tarptautinėje kosmoso stotyje (TKS).

Šaltų atomų laboratorija (Cold Atom Laboratory – CAL) į TKS buvo iškelta 2018 ir skirta tirti keistą materijos būseną, vadinamą Bose-Einšteino kondensatu – BEC). Šio lagamino dydžio įrenginio vakuumo kameroje lazeriu lėtinami rubidžio ir kalio atomai. Beveik iki absoliutaus nulio (-273°C) atšaldytas ir magnetiniu lauku laiomas atomų debesėlis tampa BEC.

Astronautė Christina Koch TKS instaliuoja Šaltų atomų laboratoriją
© NASA/JSC

Šios šaltos medžiagos egzistavimą pirmieji teoriškai nuspėjo Albertas Einšteinas ir Satyendra Nath Bose praėjusio amžiaus trečiojo dešimtimečio pradžioje kaip penktąją medžiagos būseną greta kietos, skystos, dujinės ir plazmos. Tai yra superšaltos dujos, kurios nebesielgia kaip atskiri atomai ir dalelės, o kaip vieną kvantinę būseną turinti esybė.

„Tai įspūdinga, nes gaunamas makroskopinis kvantinis mechaninis objektas“, – sako Maike Lachmann iš Leibnizo universiteto Hanoveryje, Vokietijoje.

Žemėje įvairiausiais eksperimentais BEC buvo kuriami nuo 1995, bet jiems trukdo gravitacija, ir medžiagos debesėliai per sekundės dalį kolapsuoja. TKS esančioje mikrogravitacijoje ji išlieka stabili kelias sekundes, tad, ją galima ištirti nuodugniau.

Robertas Thompsonas iš NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos su kolegomis valdė CAL nuotoliniu būdu ir publikavo savo pirmuosius rezultatus. Nors didžiąja dalimi tai tiesiog mašinos veikimo demonstracija, tačiau yra užuominų, ką vieną dieną galima bus nuveikti.

„Tai labiau technologinis pasiekimas, – sako Thompsonas. – Bet ateityje bus galima atlikti platų spektrą mokslinių eksperimentų.“

Pirminiai rezultatai rodo, kad orbitoje BEC elgiasi kitaip. Komanda atrado, kad maždaug pusė atomų apie pagrindinę BEC dalį suformuoja halą primenantį debesį. Žemėje šie atomai dėl gravitacijos paprasčiausiai nukristų, bet TKS mikrogravitacijoje debesis išlieka pakibęs („Nature“, s41586-020-2346-1 DOI: 10.1038/s41586-020-2346-1).

Netolimoje ateityje tyrėjai tikisi panaudoti eksperimentą kvantiniu lygiu susiduriančių atomų stebėjimui. Taip pat jie nori, stebėdami atomų judėjimo sutrikdymus, aptikti erdvėlaikio raibulius, vadinamas gravitacines bangas.

Žvelgiant dar toliau, šiuo eksperimentu taip pat būtų galima patikrinti tokias idėjas, kaip Einšteino ekvivalentiškumo principas, kuris teigia, kad kad visos masės gravitaciniame lauke greitėja taip pat. Mikrogravitacijoje atliekami bandymai gali parodyti ar principas nėra pažeidžiamas. „Paprastai nėra išmintinga lažintis prieš Einšteiną, – sako Thompsonas. – Bet šiuos dalykus tikrinti – visada svarbu.“

Jonathan O’Callaghan / www.newscientist.com