На борту Міжнародної космічної станції (МКС) успішно запущено оновлену версію квантової лабораторії Cold Atom Lab (CAL). Ця подія відкриває нову главу у вивченні матерії, надаючи вченим унікальну можливість проводити експерименти, які технічно неможливо відтворити в земних умовах.

П'ятий стан матерії в невагомості

Головне завдання лабораторії — охолодження атомів хімічних елементів до екстремально низьких температур, що опускаються нижче -237 °C. У таких умовах частинки практично повністю втрачають кінетичну енергію руху та об'єднуються в єдину структуру, відому як конденсат Бозе-Ейнштейна (BEC).

Цей феномен фізики називають п'ятим агрегатним станом матерії, наступним за твердими тілами, рідинами, газами та плазмою. У стані конденсату великі хмари атомів починають поводитися як одна гігантська квантова хвиля, підкоряючись законам квантової механіки.

Технологія створення квантової хмари

Процес запуску експерименту являє собою складний ланцюжок дій, що вимагає найвищої точності:

  • Створення газу: спеціальні металеві стрічки рубідію або калію нагріваються до температур близько 400 °C, утворюючи щільний газ всередині вакуумної камери.
  • Лазерне гальмування: потоки лазерів специфічної частоти впливають на хмару газу, сповільнюючи рух атомів та радикально знижуючи їх температуру.
  • Магнітна пастка: атоми, захоплені магнітним полем, проходять фінальні етапи охолодження, доки хмара не застигне майже в повному спокої.

Ключова перевага орбітального розташування полягає в відсутності гравітації. На Землі сила тяжіння швидко руйнує стабільність крихких квантових хмар, тоді як у космосі вчені можуть спостерігати за поведінкою хвиль матерії значно довше. Це дозволяє проводити надточні вимірювання часу, гравітаційних коливань та просторового руху.

Четверта модернізація та «Квантова революція 2.0»

Поточне оновлення наукового модуля стало вже четвертим етапом модернізації системи з моменту її виведення на орбіту у 2018 році. Нове обладнання було доставлено на МКС комерційною вантажною місією.

Інженери внесли суттєві зміни в конструкцію:

  • Повністю перероблено магнітну пастку, що дозволило дослідникам змінювати форму хмар квантового газу.
  • Встановлено вдосконалені металеві джерела для генерації більш стабільних газових середовищ.

На даний момент можливостями лабораторії користуються п'ять міжнародних дослідницьких груп. Оновлений комплекс стане полігоном для тестування технологій наступного покоління — так званої «Квантової революції 2.0», яка передбачає пряме маніпулювання великими квантовими станами.

Управління всіма процесами лабораторії Cold Atom Lab здійснюється дистанційно спеціалістами Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Каліфорнії, що демонструє високий рівень автоматизації та контролю над найскладнішими фізичними процесами на орбіті.