211service.com
Wetenschappers hebben voor het eerst Bose-Einstein-condensaten in de ruimte gemaakt
De creatie van de exotische materie op het International Space Station is een technologische prestatie die kan helpen diepe mysteries in de natuurkunde te ontrafelen. 11 juni 2020
De Cold Atom Lab-wetenschapscel. Atomen nabij het plafond worden gekoeld en gevormd tot Bose-Einstein-condensaat. NASA
Aan boord van het internationale ruimtestation ISS bevindt zich sinds mei 2018 een faciliteit ter grootte van een minikoelkast, het Cold Atom Lab (CAL), dat in staat is atomen in een vacuüm af te koelen tot temperaturen een tien miljardste graad boven het absolute nulpunt. Het is in alle opzichten een van de koudste plekken in het bekende universum. En volgens een nieuwe studie gepubliceerd in Nature , hebben wetenschappers het zojuist gebruikt om voor het eerst in de ruimte een zeldzame staat van materie te creëren.
Bose-Einstein-condensaten, ook wel de vijfde toestand van materie genoemd, zijn gasvormige wolken van atomen die zich niet meer als individuele atomen gedragen en zich als een collectief gaan gedragen. BEC's, zoals ze vaak worden genoemd, werden meer dan 95 jaar geleden voor het eerst voorspeld door Albert Einstein en Satyendra Nath Bose, maar pas 25 jaar geleden werden ze voor het eerst in het laboratorium waargenomen door wetenschappers.
Het algemene idee bij het maken van een BEC is om atomen (in het geval van CAL, rubidium en kalium) in een ultrakoude kamer te injecteren om ze te vertragen. Vervolgens wordt in de kamer een magnetische val gemaakt met een geëlektrificeerde spoel, die samen met lasers en andere gereedschappen wordt gebruikt om de atomen in een dichte wolk te verplaatsen. Op dit punt vervagen de atomen een beetje in elkaar, zegt David Aveline, een natuurkundige bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, en de hoofdauteur van de nieuwe studie.
Om experimenten uit te voeren met een BEC, moet u de magnetische val afwijzen of vrijgeven. De wolk van opeengepakte atomen zal uitzetten, wat handig is omdat BEC's koud moeten blijven en gassen de neiging hebben af te koelen als ze uitzetten. Maar als de atomen in een BEC te ver uit elkaar komen te staan, gedragen ze zich niet meer als condensaat. Dit is waar de microzwaartekracht van een lage baan om de aarde in het spel komt. Als je het volume op aarde probeert te vergroten, zegt Aveline, zal de zwaartekracht de atomen in het midden van de BEC-wolk gewoon naar de bodem van de val trekken totdat ze naar buiten komen, het condensaat vervormen of het volledig verpesten. Maar bij microzwaartekracht kunnen de gereedschappen in de CAL de atomen bij elkaar houden, zelfs als het volume van de val toeneemt. Dat zorgt voor een langer levend condensaat, waardoor wetenschappers het op zijn beurt langer kunnen bestuderen dan op aarde (deze eerste demonstratie duurde 1,118 seconden, hoewel het doel is om de wolk tot 10 seconden te kunnen detecteren).
David Aveline observeert CAL tijdens milieutests in het Jet Propulsion Lab van NASA vóór de lancering.
Hoewel het slechts een eerste stap is, zou het CAL-experiment op een dag BEC's in staat kunnen stellen de basis te vormen van ultragevoelige instrumenten die zwakke signalen detecteren van enkele van de meest mysterieuze fenomenen van het universum, zoals zwaartekrachtsgolven en donkere energie. Vanuit een meer praktisch perspectief gelooft Aveline dat het werk van het team de weg kan effenen voor betere traagheidssensoren. De toepassingen variëren van versnellingsmeters en seismometers tot gyroscopen, zegt hij.
Ondertussen kunnen de onderzoekers spelen met CAL, dat Aveline beschrijft als een systeem van knoppen om aan te draaien, om unieke omstandigheden te creëren voor het experimenteren met atomen. Het team weet nu dat het Bose-Einstein-condensaten in de ruimte kan creëren. De volgende stap is het aanpassen van de instellingen om te zien wat ermee gebeurt als de knoppen als het ware naar 11 worden gedraaid.