Cold Atom Lab deluje

V napravi Cold Atom Laboratory na Mednarodni vesoljski postaji so uspešno ustvarili Bose-Einsteinov kondenzat, kar je pomemben znanstveno-tehnološki mejnik, ki odpira novo poglavje v raziskavah kvantne fizike.

Ko plin bozonskih atomov ohladimo na dovolj nizko temperaturo zelo blizu absolutni ničli, dobimo najbolj eksotičnega od osnovnih agregatnih stanj, Bose-Einsteinov kondenzat (BEC). V njem se celoten oblak atomov obnaša kot en sam snovni val, zato lahko z njegovo pomočjo v makroskopskih razmerah opazujemo kvantne pojave. Toda BEC je zelo težko napraviti v količkaj obstojni obliki; čeprav sta ga Albert Einstein in Satjendra Nat Bose v teoriji napovedala že pred skoraj stotimi leti, so prvega eksperimentalno oblikovali šele pred petindvajsetimi. Kondenzat je na tleh zaradi Zemljine gravitacije zelo neobstojen, saj sila težnosti hitro razdre oblak delcev. V ta namen se za raziskave običajno uporablja spuščanje laboratorijskih vzorcev z visokih stavb, medtem ko so pred tremi leti izvedli tudi prvi uspešni eksperiment na sondirni raketi, ko je padala iz vesolja. Toda tisto pravo bi bil šele laboratorij, postavljen v mikrogravitacijsko okolje vesolja - kakršen je Nasin Cold Atom Laboratory (CAL), ki je predlani poletel na ISS. Sedaj vemo, da naprava deluje.

Z objavo v reviji Nature so znanstveniki potrdili, da so v CALu v preteklem letu oblikovali BEC in se z njim tudi že koristno poigravali. Kakor je bilo predvideno, je kondenzat v takšnem okolju znatno obstojnejši kot na Zemlji: medtem ko lahko na tleh upamo na okoli 40 milisekund časa za poskuse, so na ISS BEC že ohranjali več kot sekundo. Sedaj bodo poskušali to raztegniti vsaj na pet sekund. CAL sicer deluje tako, da oblak rubidijevih ali kalijevih atomov ujame v magnetno past, nakar ga ohlaja s pomočjo laserjev in odvzemanja hitrih atomov. Doslej so tako uspeli snov ohladiti na petino milijardinke kelvina, upajo pa, da jim bo kmalu uspelo temperaturo znižati še na desetino tega, kar bi pomenilo, da bo sredica Cold Atom Laboratoryja dejansko najhladnejša točka v znanem vesolju!

CAL je doslej najkompleksnejša naprava, kar jih je videla Mednarodna vesoljska postaja, in izjemen tehnološki podvig, saj večino dela na daljavo - z Zemlje - usmerjajo znanstveniki. Tako je bil maja, v času najbolj zaostrene karantene, v bistvu edini delujoči ameriški laboratorij za hladne delce. Sedaj bo čas, da BECi postanejo praktično uporabni. Zaradi velike občutljivosti na gravitacijo bodo verjetno osnova zelo finih težnostnih senzorjev, s katerimi bomo kartirali miniaturne variacije v gravitacijskih poljih. Obenem omogočajo še eno od smeri preverjanja temeljnih fizikalnih zakonov. Dobra je tudi novica, da očitno pravilno deluje atomski interferometer - komponenta, ki sta jo astronavtki Christina Koch in Jessica Meir naknadno pritrdili letošnjega januarja.