Категорії
Різне

Дивний стан матерії на МКС

На Міжнародній космічній станції (МКС), де знаходиться Лабораторія холодного атома (ЛХА – одне з найхолодніших місць у відомому Всесвіті) в червні 2018 року розпочалися роботи з квантової фізики. Протягом двох років науковцям вдалося створити дивну квантову матерію, існування якої було передбачене більше століття тому.

Дивний стан матерії на МКС
ЛХА – це перша установка на орбіті, що виробляє хмари «ультрахолодних» атомів, температура яких може досягати мінімальної межі температури, яку може мати фізичне тіло у Всесвіті (-273,15 °C).

На сьогодні людству було відомо лише про чотири стани матерії – рідина, газ, тверде тіло і плазма.

Advertisements

Що відбувається в лабораторії холодного атома? Протягом 25 років фізики, щоб досліджувати квантову поведінку в макроскопічному масштабі, використовували екзотичний стан матерії, що складається з ультрахолодних атомів. Але зробити це вдалося лише на борту МКС. Майже за два роки роботи ЛХА, фізики з NASA створили п’ятий стан матерії – конденсат Бозе-Ейнштейна, існування якого було передбачене Альбертом Ейнштейном та індійським математиком Сатьєндрой Нат Бозе біля ста років тому.

Конденсат дозволяє вченим детально досліджувати таємниці квантової фізики: коли атоми охолоджуються від такої низької температури (-273,15 °C), вони можуть утворювати єдиний макроскопічний квантовий об’єкт – ультрахолодні атомні хмари, які нагадують один «суператом», а не групу окремих атомів. Іншими словами, в охолодженому стані досить пристойна кількість атомів опиняється в мінімально можливих квантових станах.

Автори наукової роботи вважають, що експерименти з конденсатом Бозе-Ейнштейном допоможуть їм вивчити маловідомий Мікросвіт. Отримані результати, опубліковані в журналі Nature, доводять, що мікрогравітація (постійна невагомість) ЛХА дозволить вченим створювати явища, неможливі в земних умовах.

Як пише Nature, в конденсаті, ймовірно, заховані відповіді до найзагадковішої енергії у Всесвіті – темної енергії, яка відповідає за його прискорене розширення.

П’ятий стан матерії. Звичайно ж, створення п’ятого стану матерії в космосі – важлива подія для світової науки. Для отримання конденсату, який проіснував довше секунди при 200 трильйонних частках градуса вище абсолютного нуля, дослідники використовували атоми рубідію-87, лазери і високий вакуум.

В майбутніх експериментах команда планує опуститися до рекордних 20 трильйонних часток градуса і створити конденсат, здатний існувати протягом 5 секунд.

Створення конденсату Бозе-Ейнштейна з рубідію (м’якого металу, що нагадує калій) стало можливим виключно в умовах мікрогравітації. Вперше отримати атоми рубідію-87 вченим вдалося в 1995 році, використовуючи винайдену в 1980-х методику лазерного охолодження і магнітного випарного охолодження.

Необхідно також відзначити, що отриманий конденсат не є першим, створеним в умовах мікрогравітації. З попередніх експериментів вже дізналися, як ця фаза матерії поводиться під час перебування її в невагомості. Але ЛХА є першою лабораторією, яка постійно знаходиться в цьому середовищі. До того ж область застосування отриманого конденсату Бозе-Ейнштейна і його пояснення варіюються в залежності від пошуку темної енергії, гравітаційних хвиль, а також випробувань загальної теорії відносності та ін.

Дивний стан матерії на МКС
Квант — елементарна дискретна неподільна частка певної фізичної величини.

Які саме експерименти проводять на борту МКС? Насправді в космосі проводять величезну кількість наукових експериментів, кожен з яких унікальний і дозволяє краще пізнати Всесвіт. Сьогодні одним з основних напрямків космічних досліджень є вирощування на МКС великої кількості різноманітних рослин. За весь час роботи станції, космонавти вирощували там ячмінь, горох, редис, пшеницю, салатні культури та ін. Також постійно ведуться дослідження раку і хвороби Паркінсона. До того ж проект Mayo Clinic культивує стовбурові клітини, що дозволить вченим зрозуміти, чому деякі види раку виявляються більш стійкими до хіміотерапії.

Advertisements