Най-студеният експеримент във Вселената

0
4355
Кое е най-студеното място, което знаем? През зимата температурата в Антарктика пада до -85º. На тъмната страна на Луната тя достига -173ºC. Но в Лабораторията на студения атом на NASA, инсталирана на Международната Космическа Станция учените създават нещо много по-студено.

Лабораторията на студения атом (ЛСА) е първата орбитална апаратура, произвеждаща облаци от атоми, температурата на които е само частичка по-висока от абсолютната нула, 273.15ºC – минималния предел на температурата, каквато може да има едно физическо тяло във Вселената. Доколкото е известно на съвременната наука, нищо в природата не може да достигне температурите, получавани в ЛСА. Дори реликтовото излъчване е с около 2 градуса по-топло, а това означава, че орбиталната инсталация е най-студеното място от позната ни Велена.

Но защо са им на учените облаци от атоми с температура частица от градуса над абсолютната нула? Заради квантовата физика разбира се.

Защо е необходимо атомите да се охлаждат до толкова пределно ниска температура? При стайна температура атомите се движат като хиперактивни колибрита, но ултра студените атоми са много бавни. Те са средно 200 000 пъти по-бавни от атомите при стайна температура. Когато атомите биват охладени до толкова низка температура, те образуват необичайното пето състояние на материята – кондензатът Бозе–Айнщайн. Останалите четири състояния са газ, течност, плазма и твърдо тяло.

В това състояние атомите се държат по-скоро като вълни, отколкото като частици. Вълновите свойства на атомите се проявяват само при микроскопични мащаби, но кондензатът на Бозе–Айнщайн издига тази особеност до макроскопично ниво, което позволява детайлно изследване на физическите явления от подобен род. При охлаждане до температура, близка до абсолютната нула, атомите заемат възможно най-ниското енергийно и квантово ниво и започват да приличат на един цял „суператом“, вместо на отделни атоми. Именно това дава възможност за изучаването на един непознат свят.

От 21 май, всеки ден в продължение на седем месеца от извеждането на ЛСА 21 в орбита, учените генерират ултра студени атоми. Пет групи учени ще проведат експерименти с участието на Лабораторията, като три научни експеримента са вече проведени.

С помощта на ЛСА ние започваме да разбираме, какво е поведението на атомите в условията на микрогравитация и как да ги управляваме“ – каза Роб Томпсън, физик, изучаващ студените атоми в Лабораторията за реактивно движение в Пасадена, Калифорния.

Земните лаборатории могат да произвеждат ултра студени атоми, но земното притегляне им действа и те могат да бъдат изследвани само за част от секундата. Възможно е използването на магнитни полета за улавянето на тези атоми, но те пречат на тяхното свободно движение. В условията на микрогравитация облакът от студени атоми е стабилен в продължение на около 10 секунди, което дава възможност за тяхното подробно изучаване.

Процесът по създаването на студени атоми започва с лазери, които чрез светлинното си налягане забавят атомите и по този начин понижават тяхната температура. След това с помощта на радиовълни, най-активните атоми се филтрират. И накрая, атомните облаци се освобождават от магнитния капан и се разширяват. Това води до падане на налягането, което по естествен начин още повече понижава средната температура. В космоса атомният облак се разширява по-силно и се охлажда повече. Достигат се температури приблизително една милиардна част от градуса над абсолютната нула.

С ЛСА не се работи директно. За разлика от Земята, където апаратурата заема две големи помещения, в МКС това са две инсталации с размер на малък хладилник. Всички процеси се управляват дистанционно. Това е изцяло закрит обект.

Цялата тежка работа по решение на всички проблеми и успешното извеждане на ЛСА в орбита превърнаха мечтите на екипа на ЛСА в реалност. Членовете на екипа в релано време консултираха астронавтите Рик Арнолд и Дрю Фейстал на борда на МКС относно инсталирането на Лабораторията на студения атом в МКС. Към днешен ден ЛСА е един наистина уникален инструмент за изучаване тайните на Природата.

Основен източник: The coolest experiment in the universe