Ученые открыли уникальную форму материи в новой микрогравитационной среде в условиях Международной космической станции. Согласно данным последнего исследования, пятый вид материи будет использоваться для изучения квантового мира.
Коротко о пятом агрегатном состоянии
До этого были известны лишь четыре агрегатных состояния - газообразное, жидкое, твердое и плазма. Однако ученым удалось выяснить, что существует и пятая форма - конденсаты Бозе - Эйнштейна. Впервые о них стало известно благодаря результатам научных разработок в 90-х годах. Когда температура группы частиц доходит практически до абсолютного нуля, атомы притягиваются друг к другу. При таких условиях они начинают вести себя как единый «суператом».
Конденсаты Бозе - Эйнштейна охватывают границу между обычной реальностью, живущей по классическим законам физики, и микроскопическим миром, который следует правилам квантовой механики. В условиях квантовой механики любая частица способна вести себя так, как если бы она одновременно вращалась в двух противоположных направлениях или существовала в нескольких местах. Поскольку конденсаты Бозе - Эйнштейна обладают некоторыми квантовыми свойствами, они позволяют открыть новые направления квантовой механики, потенциально помогая разгадать такие загадки, как создание «теории всего». Эта теория могла бы объяснить работу космоса на всех уровнях: от самых маленьких до неимоверно крупных масштабов.
Текущие исследования
Сейчас ученые сотен лабораторий всего мира работают над созданием конденсатов Бозе - Эйнштейна. Одним из существенных ограничений, стоящих на пути, стала сила земного притяжения. Эти «суператомы» необычайно хрупкие, и установки, используемые для их создания, очень деликатны, поэтому сила притяжения может повредить оборудование и помешать созданию новой материи. Вследствие этого новое агрегатное состояние остается малоизученным.
Таким образом, исследователи создали Лабораторию холодного атома, которая может генерировать новую форму в условиях микрогравитации в космосе. Лаборатория Cold Atom, запущенная в 2018 году, невелика и требует лишь относительно небольшого количества энергии, поэтому она отвечает определенным требованиям. В то время как оборудование, первоначально необходимое для создания конденсатов Бозе - Эйнштейна на Земле, может занимать целую лабораторию, Лаборатория холодного атома занимает всего около 14 кубических футов (0,4 кубических метра) и в целом требует до 510 Вт мощности.
Существенный прорыв в мире науки
В условиях Лаборатории холодного атома ученые выяснили, что могут увеличить продолжительность времени для анализа и исследований этих конденсатов после отключения ловушек, ограничивающих материал, дольше одной секунды. Для сравнения, для выполнения этой же задачи на Земле в распоряжении ученых были сотые доли секунды.
К тому же в условиях микрогравитации специалисты выявили, что для получения конденсата им требуются более слабые силы. Это позволяет создавать новые формы материи при более низких температурах. И при таких температурах экзотические квантовые эффекты станут более ощутимыми.
На данном этапе учены создают конденсаты Бозе - Эйнштейна, используя атомы рубидия. В будущем они планируют добавить атомы калия, чтобы изучить происходящее при смешивании двух конденсатов. Об этом рассказал ведущий автор новых научных разработок Роберт Томпсон, специалист в области физики из Калифорнийского технологического института в Пасадене. Теперь ученые будут использовать Лабораторию холодного атома для получения сферических конденсатов Бозе - Эйнштейна, которые могут образоваться только в космосе.
Дальнейшие разработки
Прошлые исследования помогли ученым понять механизмы внутренней работы природы. Большинство экспериментов базировалось на ускорении частиц и проводилось в астрономических обсерваториях. В дальнейшем эксперты планируют применять холодные атомы, позволяющие создать новые условия для изучаемой материи, и проводить новые космические исследования на МКС.
Эти новости науки стали существенным прорывом, который поможет в будущем охватить неизведанные просторы физики и квантовой механики. Ученые планируют проводить дальнейшие исследования на орбите космической станции, что позволит сделать новые открытия.
