يوجد على متن محطة الفضاء الدولية معمل صغير بحجم ثلاجة صغيرة يصنع بعضًا من أبرد الأشياء في الكون. يطلق عليه مختبر الذرة الباردة، ومنذ بعض الوقت، كان العلماء يستخدمون هذه الغرفة للبحث في الخصائص الكمومية الغريبة للذرات في الجاذبية الصغرى. لكن يوم الأربعاء (15 نوفمبر)، أعلنوا أنهم وصلوا إلى مرحلة هامة.
تم تشغيل مختبر الذرة الباردة عن بعد من قبل فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا (JPL) في كاليفورنيا، وقد أنتج رسميًا غازًا كميًا يحتوي على نوعين من الذرات. وهذا يمكن أن يفتح الباب في نهاية المطاف أمام تجارب فضائية جديدة تمامًا في كيمياء الكم.
عند التفكير في حالات المادة، فإن الغازات والسوائل والمواد الصلبة والبلازما هي الحالات الأربعة المعروفة – ولكن هناك أيضًا حالة خامسة غريبة للمادة، وهي مكثف بوز-آينشتاين، والذي تم اكتشافه لأول مرة في التسعينيات.
لم يتم العثور على هذه الحالة في الطبيعة، ولكن يمكن للعلماء خلقها. يتم توليد مكثفات بوز-آينشتاين في مختبرات شديدة البرودة مثل مختبر الذرة الباردة، حيث يساعد الليزر أو المغناطيس على تبريد سحابة من الذرات بالقرب من الصفر المطلق، أو -459 درجة فهرنهايت (-273 درجة مئوية). هذه هي أبرد درجة حرارة ممكنة في الكون. في هذه الحالة، تتباطأ الذرات، وتختلط حوافها معًا، ويمكن للعلماء ملاحظة التأثيرات الكمية التي عادة ما يكون من الصعب جدًا التحقيق فيها.
متعلق ب: المادة المضادة تستجيب للجاذبية مثلما توقع أينشتاين، هذا ما تؤكده تجربة سيرن الكبرى
على الأرض، تتسبب الجاذبية في تبدد مكثفات بوز-آينشتاين بمجرد إيقاف تشغيل المغناطيسات أو أشعة الليزر فائقة البرودة في غرفة التجربة. لكن هذا لن يحدث في بيئة الجاذبية الصغرى في الفضاء. مثل هذا أيها العلماء تم إنشاء مكثفات بوز-آينشتاين في مختبر الذرة الباردة لأول مرة في عام 2018، وهو العام الذي تم فيه تركيب الغرفة على محطة الفضاء الدولية. وفي منذ سنواتلقد درسوا هذه الظاهرة بتأثير كبير.
لكن الآن، أظهر الباحثون أنهم قادرون على إنشاء مثل هذا الغاز الكمي ليس فقط بنوع واحد من الذرات، بل بنوعين من الذرات. وفي هذه الحالة، حققوا هذا الإنجاز باستخدام سحابة من البوتاسيوم والروبيديوم. وفقا لمختبر الدفع النفاث إعلانيمكن استخدام العمل المستقبلي مع هذا النوع من الغاز الكمومي للمساعدة في تطوير تقنيات الكم الفضائية الموجودة بالفعل على الأرض.
وقال نيكولاس بيجلو، أستاذ الفيزياء والبصريات بجامعة روتشستر، في مقال له: “يمكننا صنع أجهزة استشعار حساسة للغاية للدورات الصغيرة واستخدام هذه الذرات الباردة في مكثفات بوز-آينشتاين بشكل أساسي لصنع الجيروسكوبات”. إفادة. وهو مؤلف مشارك للنتائج الجديدة.
قصص ذات الصلة:
– ملاحظة “الكيمياء الفائقة الكمية” لأول مرة على الإطلاق
– يكسر كاشف موجات الجاذبية LIGO “الحد الكمي” للعثور على تصادمات الثقوب السوداء في الكون العميق
– يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في غضون عامين، كما تظهر تجربة IBM “المعيارية”.
وقال بيجلو: “يمكن لهذه الجيروسكوبات أن تمنحنا نقطة مرجعية ثابتة في الفضاء يمكن استخدامها للملاحة في الفضاء السحيق”. “نحن نعمل أيضًا على تطوير عدد من الأشياء التي يمكن أن تؤدي إلى ساعات أفضل في الفضاء، والتي تعتبر ضرورية للعديد من الأشياء في الحياة الحديثة مثل الإنترنت عالي السرعة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).”
ويعتقد الباحثون أيضًا أن التجارب المستقبلية في مختبر الذرة الباردة يمكن أن تساعدهم في اختبار مبدأ التكافؤ، وهو مبدأ أساسي في نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. ينص هذا المبدأ على أن الجاذبية يجب أن تؤثر على جميع الأجسام بنفس الطريقة بغض النظر عن كتلتها. بمعنى آخر، يجب أن تسقط الريشة والطوب بنفس المعدل، على الأقل في الفراغ، حيث لا يوجد احتكاك.
لقد واجه العلماء صعوبة في حل هذا المبدأ بقوانين ميكانيكا الكموالتي تصف كيف تتصرف أصغر الأشياء المعروفة في الكون. وقد يكونون قادرين على اختباره بدقة أكبر في التجارب الكمومية في الفضاء.
نُشرت ورقة بحثية تتضمن تفاصيل هذه النتائج في 15 نوفمبر في مجلة Nature.
تحديث 11/17: هناك حالات معروفة للمادة تتجاوز الحالات الخمس المذكورة هنا. تم تعديل هذه المقالة لتعكس ذلك.