Minijääkaapin kokoinen laatikko, joka leijuu Maan yläpuolella, horjuttaa hiljaisesti käsityksiämme aineesta. Sen sisällä atomit jäähdytetään niin kylmiksi, että ne lakkaavat käyttäytymästä pieninä biljardipalloina ja alkavat käyttäytyä aaltomaisesti, suurina ja havaittavina ilmiöinä, jotka paljastavat kvanttisäännöt, joita näemme harvoin planeetallamme.
Kyseessä on Nasan kylmä atomilaboratorio, juuri päivitetty ja nyt toiminnassa Kansainvälisellä avaruusasemalla. Astronautit asensivat uusimman laitteiston tänä keväänä, ja tutkijat ovat alkaneet hyödyntää aseman mikrogravitaatiota venyttääkseen kvantti-ilmiöitä ajassa ja tilassa. Muutos ei ole vain vähäinen. Se mahdollistaa kokeet, joita ei yksinkertaisesti voi toteuttaa maanpäällisissä laboratorioissa.
Kuinka kylmää on 'ultrakylmä'? Laboratorio jäähdyttää rubidiumin tai kaliumin pilviä lähes absoluuttiseen nollaan; alle noin -459°F (-237°C). Resepte kuulostaa erikoisen kotimaiselta: lämmitä metallinauhaa tuottaaksesi kaasun, suuntaa sitten tarkasti viritetyt laserit hidastamaan atomeja, kunnes ne lähes lakkaavat liikkumasta. Magneettiset ansat ja lisäjäähdytysmenetelmät tiukentavat otetta. Lopputuloksena on Bose-Einstein-kondensaatti, kvanttikohde, joka on tarpeeksi suuri havaittavaksi instrumenteilla, mutta jota ohjaavat aaltomaiset säännöt, jotka sallivat hiukkasten päällekkäisyyden ja yhtenäisen käyttäytymisen.
Maan kiertoradalla nämä ultrakylmät pilvet kasvavat suuremmiksi ja niitä voi tarkkailla paljon pidempään kuin Maassa, mikä avaa uuden näkymän kvanttikäyttäytymiseen.
Miksi mikrogravitaatio on tärkeää? Maassa painovoima repii pilven hajalle tai vetää sitä pois koeruudusta millisekunneissa. Aseman yläpuolella nämä aaltomuodot voivat laajentua ja vuorovaikuttaa ilman tuota jatkuvaa vetovoimaa, joten kokeet saavat lisää kestoa ja herkkyyttä. Tutkijat voivat tutkia painovoiman, ajan ja liikkeen hienovaraisia vaikutuksia tarkkuudella, joka olisi maan päällä epäkäytännöllistä. Toisin sanoen, avaruusympäristö muuttaa kylmän atomilaboratorion tarkkuusinstrumentiksi sekä perustutkimukselle että soveltuvalle mittaukselle.
Uusin päivitys, neljäs laitoksen saapumisen jälkeen vuonna 2018, sisältää uudelleen suunnitellun magneettisen ansan, joka antaa tutkijoille mahdollisuuden muotoilla kvantti-kaasupilviä tarpeen mukaan, sekä parannetut metallilähteet atomikaasien tuottamiseen. Muutokset laajentavat kokeiden kirjoa, joita tiimit voivat suorittaa, ja terävöittävät hallintaa, jota tarvitaan tuleville avaruudessa toimiville kvantti-instrumenteille, kuten aaltomaisen aineen interferometreille navigointia, ajan mittausta ja painovoiman mittaamista varten Maan ja Kuun ympärillä.
Laboratorio on kompakti, sitä ohjataan Maasta ja se tukee useita kansainvälisiä tutkimusryhmiä, jotka tutkivat perustavanlaatuisia fysiikan ilmiöitä ja alkuvaiheen kvanttiteknologioita. Sen rakensi ja sitä operoi Nasan Jet Propulsion Laboratory ja Caltech vastaa sen hallinnoinnista. Kylmän atomilaboratorion rahoitus tulee Nasan Biologisten ja Fysikaalisten Tieteiden osastolta. Sen onnistuminen Bose-Einstein-kondensaattien luomisessa kiertoradalla on merkkipaalu. Se osoittaa, että kvanttijärjestelmät voidaan saada toimimaan luotettavasti planeettamme ulkopuolella.
Mitä seuraavaksi? Ajattele tätä niin, että kvanttiteknologia astuu käytännön kenttäkauteensa. Nyt käynnissä olevat kokeet auttavat muovaamaan laitteita, jotka navigoivat ilman GPS:ää, havaitsevat maanalaisia piirteitä tai testaavat painovoimamalleja tavoilla, joista vain unelmoimme kymmenen vuotta sitten. Laboratorio saattaa olla pieni, mutta sen vaikutusalue on laaja, ja seuraava yllättävä tulos voi saapua millä tahansa radalla.
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.