Ένα συμπύκνωμα Bose-Enstein σε τροχιά γύρω από τη Γη

Posted on 12/06/2020

0


H συμπύκνωση Bose–Einstein στην Γη και στο διάστημα: a, Άτομα σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (–273 οC) σε μια μαγνητική παγίδα μπορούν να σχηματίσουν μια κατάσταση της ύλης που ονομάζεται συμπύκνωμα Bose–Einstein, το οποίο εμφανίζει εμφανή κβαντικά χαρακτηριστικά συμπεριφερόμενο σαν ένα υλικό κύμα. Μια βαθιά παγίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην Γη (όπου η βαρύτητα επηρεάζει το σχήμα της παγίδας), αλλά και στο διάστημα. Όμως, όταν το συμπύκνωμα απελευθερώνεται από την παγίδα και αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί, μετά από λίγο χρόνο τα κυματικά χαρακτηριστικά της ύλης χάνονται. b,  Μια ρηχή παγίδα δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην Γη γιατί τα άτομα δεν μπορούν να συγκρατηθούν μεταξύ τους κόντρα στην βαρυτική έλξη της Γης. Οι Aveline et al  στην  εργασία τους με τίτλο «Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab» έδειξαν ότι μια τέτοια παγίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο διάστημα και στο ίδιο χρονικό διάστημα με το αντίστοιχο πείραμα στη Γη η ύλη να διατηρεί τον κυματικό της χαρακτήρα. c, Ένα συμπύκνωμα Bose–Einstein θα μπορούσε να περιοριστεί κατά μήκος της επιφάνειας μιας σφαιρικού σχήματος παγίδας στο διάστημα, όχι όμως στη Γη, όπου τα άτομα του συμπυκνώματος συσσωρεύονται στο κάτω ημισφαίριο της παγίδας.

Ένα πείραμα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΣΣ) από επιστήμονες της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA) δημιούργησε την εξωτική κβαντική κατάσταση της ύλης, ένα υπέρψυχρο αέριο συμπύκνωμα Bose-Einstein.

Πρόκειται για επιστημονικό και τεχνολογικό επίτευγμα, καθώς είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνεται κάτι τέτοιο στο διάστημα σε περιβάλλον μικροβαρύτητας, κάτι που επιτρέπει τη μελέτη της ύλης σε συνθήκες πιο ευνοϊκές από εκείνες της Γης.

Το πείραμα έγινε σε πάρα πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, σε μία συσκευή μεγέθους βαλίτσας (Cold Atom Laboratory-CAL), που είχε εκτοξευθεί στον ΔΣΣ το 2018. Το εν λόγω μίνι-εργαστήριο ψύχει άτομα ρουβιδίου σε έναν θάλαμο κενού, χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ για να επιβραδύνει την κίνησή τους. Στη συνέχεια, μαγνητικά πεδία συγκρατούν και «παγιδεύουν» το πυκνό νέφος των ατόμων, που έχει θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν (μείον 273 βαθμοί Κελσίου), με τελικό αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein.

Τα εν λόγω συμπυκνώματα είχαν προταθεί θεωρητικά ως πέμπτη κατάσταση της ύλης (μετά τα στερεά, τα υγρά, τα αέρια και το πλάσμα) στις αρχές της δεκαετίας του 1920 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τον Ινδό Σατιέντρα Ναθ Μπόουζ, από όπου πήραν και το όνομά τους. Στην πράξη παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά πριν 25 χρόνια.

Το πολύ ψυχρό νέφος παύει να συμπεριφέρεται όπως τα επιμέρους άτομα και σωματίδια, αλλά μάλλον ως μία ενιαία οντότητα με κβαντικές ιδιότητες, όπου κάθε σωματίδιο λειτουργεί, επίσης, και ως κύμα. Το όλο συμπύκνωμα μπορεί, πλέον, να θεωρηθεί ως ένα ενιαίο κύμα ύλης.

Η εν λόγω «εξωτική» κατάσταση της ύλης έχει δημιουργηθεί από πολλούς επιστήμονες σε διάφορα πειράματα από το 1995 και μετά στη Γη, όπου, όμως, λόγω της βαρύτητας, το συμπύκνωμα μπορεί να δημιουργηθεί μόνο για κλάσματα του δευτερολέπτου. Αντίθετα, όπως έδειξε το πείραμα στον ΔΣΣ, στο διάστημα -με την πολύ μικρότερη βαρύτητα- αυτή η εξωτική κατάσταση της ύλης παραμένει σταθερή για μερικά δευτερόλεπτα, οπότε μπορεί να μελετηθεί καλύτερα.

Στο μέλλον, οι ερευνητές ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν το πείραμα για να παρακολουθήσουν τα άτομα να συγκρούονται σε κβαντικό επίπεδο, καθώς, επίσης, να ανιχνεύσουν κατά πόσο οι πιθανές «ρυτιδώσεις» του χωροχρόνου που προκαλούν τα βαρυτικά κύματα, επιδρούν στην κίνηση των ατόμων. Ακόμη, θα ελεγχθεί κατά πόσο η μικροβαρύτητα παραβιάζει την αρχή ισοδυναμίας του Αϊνστάιν.

Το εν λόγω πείραμα αποτελεί ένα τεχνολογικό επίτευγμα εξαιτίας των πολυάριθμων απαιτήσεων που έπρεπε να ικανοποιηθούν ώστε αυτό να πραγματοποιηθεί στον ΔΔΣ με επιτυχία. Με μια πειραματική διάταξη που έπρεπε να είναι εξαιρετικά ανθεκτική ώστε να λειτουργεί για χρόνια χωρίς να χρειάζεται συντήρηση. Όποιος έχει σχεδιάσει και υλοποιήσει έστω και το απλούστερο πείραμα του κόσμου, αντιλαμβάνεται το μέγεθος των δυσκολιών που υπεισέρχονται εδώ, οι οποίες και δεν είναι μόνο επιστημονικού χαρακτήρα …

πηγές: https://tvxs.gr/news/sci-tech/egeneto-i-pempti-katastasi-tis-ylis-simantiko-epiteygma-tis-nasahttps://www.nature.com/articles/d41586-020-01653-6

Ετικέτα: ,