تضم محطة الفضاء الدولية معملًا صغيرًا بحجم ثلاجة صغيرة يصنع بعضًا من أروع الأشياء في الكون. يطلق عليه مختبر الذرة الباردة، وقد استخدم العلماء هذه الغرفة لبعض الوقت للبحث في الخصائص الكمومية الغريبة للذرات في الجاذبية الصغرى. لكن يوم الأربعاء (15 تشرين الثاني/نوفمبر) أعلنوا أنهم وصلوا إلى مرحلة هامة.
تم تشغيل مختبر الذرة الباردة عن بعد بواسطة فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في كاليفورنيا، وقد أنشأ رسميًا غازًا كميًا يتكون من نوعين من الذرات. سيؤدي هذا في النهاية إلى فتح الباب أمام تجارب فضائية جديدة تمامًا في كيمياء الكم.
يمكن أن توجد المادة في خمس حالات معروفة. الغازات والسوائل والمواد الصلبة والبلازما معروفة جيدا، ولكن هناك حالة خامسة للمادة، مكثف بوز-آينشتاينتم اكتشافه لأول مرة في التسعينيات.
هذه الحالة من المادة غير موجودة في الطبيعة، لكن يمكن للعلماء خلقها. يتم تصنيع مكثفات Bose-Einstein في مختبرات فائقة البرودة مثل المختبر النووي البارد، حيث يساعد الليزر أو المغناطيس في تبريد سحابة من الذرات إلى ما يقرب من الصفر المطلق، أو -459 درجة فهرنهايت (-273 درجة مئوية). هذه هي أبرد درجة حرارة ممكنة في الكون. في هذه الحالة، تتباطأ سرعة الذرات، وتتقارب حوافها، ويتمكن العلماء من ملاحظة التأثيرات الكمومية التي عادة ما يكون من الصعب جدًا التحقيق فيها.
متعلق ب: المادة المضادة تستجيب للجاذبية كما تنبأ أينشتاين، هذا ما تؤكده تجربة سيرن الكبرى
على الأرض، تتسبب الجاذبية في تبدد مكثفات بوز-آينشتاين بمجرد إيقاف تشغيل مغناطيسات السقف الفائق أو أشعة الليزر في غرفة الاختبار. ومع ذلك، لا يمكن أن يحدث هذا في بيئة الجاذبية الصغرى في الفضاء. وكذلك العلماء قام بوز-آينشتاين بتطوير المكثفات مختبر الذرة الباردة لأول مرة في عام 2018، وهو العام الذي تم فيه تركيب الغرفة على محطة الفضاء الدولية. و في من السنينلقد درسوا هذه الظاهرة بتأثير كبير.
لكن الآن، أظهر الباحثون أن مثل هذا الغاز الكمومي يمكن أن يتكون ليس فقط من نوع واحد من الذرات، بل من نوعين. وفي هذه الحالة، حققوا اختراقًا باستخدام سحابة البوتاسيوم والروبيديوم. وفقا لمختبر الدفع النفاث يلاحظيمكن استخدام العمل المستقبلي مع هذا النوع من الغاز الكمومي لتطوير تقنيات الكم الفضائية الموجودة بالفعل على الأرض.
وقال نيكولاس بيجلو، أستاذ الفيزياء والبصريات في جامعة روتشستر: “يمكننا صنع أجهزة استشعار حساسة للغاية للدورات الصغيرة واستخدام هذه الذرات الباردة في مكثف بوز-آينشتاين لصنع الجيروسكوبات”. تقرير. وهو المؤلف المشارك للنتائج الجديدة.
وقال بيجلو: “يمكن لهذه الجيروسكوبات أن تمنحنا نقطة مرجعية مستقرة في الفضاء يمكن استخدامها للملاحة في الفضاء السحيق”. “نحن نعمل أيضًا على تطوير العديد من الأشياء التي من شأنها أن تؤدي إلى ساعات أفضل في الفضاء، والتي تعد ضرورية للعديد من الأشياء في الحياة الحديثة، مثل الإنترنت عالي السرعة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).”
ويأمل الباحثون أن تساعد التجارب المستقبلية في المختبر النووي البارد في اختبار مبدأ التوازن الموجود في قلب نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. وينص هذا المبدأ على أن الجاذبية يجب أن تؤثر على جميع الأجسام بنفس الطريقة. بمعنى آخر، يجب أن تسقط الريشة والطوب بنفس المعدل، على الأقل في الفراغ، حيث لا يوجد احتكاك.
يجد العلماء صعوبة في حل هذا المبدأ بالقواعد ميكانيكا الكميصف كيفية عمل أصغر الأشياء المعروفة في الكون. ويمكنهم اختباره بدقة أكبر في التجارب الكمومية في الفضاء.
نُشرت ورقة بحثية تتضمن تفاصيل هذه النتائج في 15 نوفمبر في مجلة Nature.
