Чудеса в космосе. Ученые достигли пятого состояния вещества на орбите Земли

12 июня 2020, 16:16

Ученые из NASA получили пятое состояние вещества на МКС. Это вещество — Конденсат Бозе — Эйнштейна — образуется при охлаждении частиц до сверхнизких температур и может проявлять квантовые свойства.

Со школьной программы по физике известно, что существует четыре агрегатных состояния вещества: жидкое, твердое, газообразное и плазма (ионизированный газ).

Но благодаря квантовой физике ученые стали выделять дополнительные — «пятые» — состояния вещества, такие как сверхтекучесть, глазма, кварк-глюонная плазма и даже темная материя.

Видео дня

Одним из подобных состояний является конденсат Бозе-Эйнштейна, который представляет из себя элементарные частицы (бозоны), охлажденные к температурам, близким к абсолютному нулю (около минус 273 градусов Цельсия).

На практике существование конденсата Бозе-Эйнштейна доказали в 1995-м, когда ученые из США охладили атомы рубидия до температуры в 170 нанокельвин и позже получили за это Нобелевскую премию.

Научная ценность этого вещества состоит в том, что оно позволяет наблюдать некоторые квантовые эффекты. К примеру, корпускулярно-волновой дуализм или проявление бозоном свойств частицы и волны одновременно.

Такое состояние очень хрупкое, и достичь квантовых свойств мельчайших частиц в условиях воздействия земной гравитации можно лишь на десятые доли миллисекунд.

Поэтому ученые решили создать конденсат Бозе-Эйнштейна в условиях микрогравитации на Международной космической станции, которая расположена на высоте чуть более 400 км над Землей.

На днях исследователи из NASA сообщили об успешном достижении пятого состояния вещества в Лаборатории холодного атома (Cold Atom Laboratory) на МКС.

Если гравитация на Земле буквально вытаскивала атомы из магнитной ловушки, не позволяя сохранить квантовое состояние на долгое время, — на орбите такой эффект может продолжаться даже несколько секунд.

«Мы наблюдаем увеличение числа атомов на орбите почти в три раза. Посредством применения различных градиентов магнитного поля мы подтверждаем, что приблизительно половина атомов находится в магнитно-нечувствительном состоянии, формируя галообразное облако вокруг местоположения магнитной ловушки», — указано в исследовании.

В качестве основы для конденсата Бозе-Эйнштейна ученые из NASA использовали все те же атомы рубидия. Чем холоднее будет это вещество и чем дольше оно сохранится в таком состоянии — тем больше шансов ученые получают на его исследование и открытие других способов достижения квантовых эффектов.

«Мы использовали базовые возможности Лаборатории холодного атома на низкой околоземной орбите, чтобы продемонстрировать непосредственные и фундаментальные преимущества микрогравитации для экспериментов с ультрахолодным атомом… Эти эксперименты положили начало многолетним научным исследованиям с дополнительными возможностями приборов, которые будут использоваться в будущем», — пишут авторы исследования из NASA.

По словам ученых, они уже разрабатывают дополнительное оборудование для подобных экспериментов, которое в ближайшем будущем отправится на МКС в качестве полезного груза.

Несмотря на это, действующий рекорд человечества по снижению температуры вещества пока принадлежит наземной лаборатории.

Несколько лет назад ученые из Массачусетского технологического института смогли охладить соединение натрия и калия 23Na40K до сверхнизкой температуры в 500 нанокельвинов — 0,5°K или -273,1 499 995°C. Это примерно в миллион раз холоднее, чем температура межзвездного пространства.

Тогда охлажденные атомы изменили свои свойства, приостановив хаотичное движение и практически сформировали единую молекулу в еще одном экзотическом состоянии. Вещество просуществовало в таком состоянии всего 2,5 секунды.

«Это похоже на настройку радио на частоту с какой-то станцией. Эти атомы начинают счастливо вибрировать вместе и образуют связанную молекулу», — заявил профессор физики в Массачусетском технологическом институте Мартин Цверляйн.

poster
Подписаться на ежедневную email-рассылку
материалов раздела Техно
Рассылка о том как технологии изменяют мир
Каждый понедельник

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X