За първи път: НАСА използва квантов сензор в космоса

Учени от НАСА за първи път проведоха дистанционен експеримент за измерване на квантовите състояния на свръхстудени атоми. Благодарение на безтегловността квантовото устройство, инсталирано на борда на МКС придоби невъобразима чувствителност, която дава възможност да се измери например движението на маси вода и лед в океаните на Земята.

Първото измерване на устройството беше на иначе неуловимите вибрации на Международната космическа станция. Инструментът засече как тя се клати при орбиталното си движение.

Лабораторията за студени атоми на НАСА е с размерите на доста голям хладилник. В нея атомите се охлаждат до температури малко над абсолютната нула (-273,15 °C). Устройството беше доставено в орбита през 2018 година. То представлява атомен интерферометър – ново направление в измерването на множество физични величини и явления чрез оценка на квантовите състояния на свръхстудени атоми.

Както знаем, елементарните частици също се държат подобно на вълни. Това означава, че един атом може да се движи по поне две физически траектории. Всяка от тях ще бъде повлияна от гравитацията или други влияния (сили). Тези влияния могат да бъдат измерени просто чрез наблюдение на интерференцията на вълните – тяхната рекомбинация и взаимодействие. Чувствителността на такива сензори е невероятна. Те могат да уловят гравитационните колебания на планетите и техните спътници и въз основа на получените данни да дадат информация за плътността и състава на скалите на небесните тела, а също така могат да открият неоткрити досега обекти.

Силното охлаждане позволява да се обезличат отделните атоми, като ги превежда в състояние на Бозе-Айнщайнов кондензат. По този начин големи клъстери от атоми придобиват едни и същи квантови състояния и квантовите явления преминават от микрокосмоса към макрокосмоса. Казано по-просто, имаме възможност да измерваме квантовите състояния на атомите, без да слизаме до тяхното ниво, което е много по-лесно и достъпно.

Експериментите на НАСА със сензори на свръхстудени атоми ще отидат много по-далеч от измерването на вибрациите на космическата станция (които, трябва да се разбере, ще пречат на измерванията). Първият квантов сензор в безтегловност ще помогне в планетарните изследвания, в изучаването на климата на Земята и дори в търсенето на източници на тъмна материя и тъмна енергия, както и на различен подход за доказване на Общата теория на относителността на Айнщайн.