Пятое состояние материи впервые наблюдалось в космосе, чего ждать от нового открытия?

Ученым удалось на борту Международной космической станции (МКС) впервые наблюдать в космосе пятое состояние материи, представленное квантовой физикой, которое поможет более точно понять эту удивительную механику, управляющую микроскопическим миром.

Прогресс был достигнут в «Лаборатории холодного атома», микро-лаборатории, установленной НАСА на борту МКС в 2018 году и предназначенной для экспериментов на атомах при экстремальных отрицательных температурах, близких к абсолютному нулю, соответственно -273,2 градуса Цельсия, согласно опубликованному исследованию в июле 2020 года из журнала Nature.

Работая на Земле, физики создали «конденсат Бозе-Эйнштейна», ультрахолодные газы, которые образуют новое состояние вещества («пятое состояние» после твердого тела, жидкости, газа и плазмы), предсказанный в 1920-х годах Альбертом Эйнштейном и индийским математиком Сатьендранат Бозе, впервые обнаруженное в 1995 году.

Эти газы представляют собой совокупность десятков тысяч атомов, которые при охлаждении до очень низких температур становятся неотделимыми друг от друга, образуя единую волну, и все реагируют одинаково. Это свойство квантовой механики, которая управляет миром бесконечно малых частица (атом, ион, фотон …) или группа частиц могут находиться в нескольких состояниях одновременно, образуя связанную систему независимо от расстояния, которое разделяет их.

Но эти удивительные свойства очень трудно заметить, потому что они исчезают при контакте с внешним миром. Таким образом, чтобы поддерживать атом в квантовом состоянии, он должен быть стабилизирован, а затем замедлен охлаждением. В лаборатории на эти эксперименты влияет земная гравитация, которая неизбежно ускоряет атомы.

Отсюда и идея ориентации на пространство, где можно воссоздать свободное падение. Результат: «квантовые атомы захватываются комбинацией магнитных полей и лазеров; они плавают дольше: за секунду, по сравнению с обычно достижимыми десятками миллисекунд», — сказал Камаль Одрири, один из авторов исследования.

Это увеличенное время наблюдения, которое позволяет проводить более точные измерения, скоро достигнет 5 секунд, говорит этот специалист по космической инженерии НАСА.

«То, что им удалось сделать, невероятно!» — прокомментировал Даниэль Хеннекин, физик, специализирующийся на квантовой физике в CNRS. «Это позволит нам лучше понять квантовую механику, науку, которая скоро будет отмечать 100 лет, и которая никогда не оспаривалась экспериментами, но никогда не была понята, потому что она абсолютно нелогична», — сказал он.

Конденсаты Бозе-Эйнштейна лежат на границе между микроскопическим миром, управляемым квантовой механикой, и макроскопическим миром, управляемым «классической» физикой, но «теория, которая говорит нам, также является квантовой», продолжил исследователь.

Лучшее понимание этого пятого состояния материи могло бы пролить больше света на одну из великих загадок Вселенной — темную материю, эту невидимую массу, которая населяет галактики, но с необъяснимыми эффектами, считает Камаль Удрири.

Share on vk
Share on odnoklassniki
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on facebook
Share on twitter
>