Для чего на МКС будет сотворена самая прохладная точка во Вселенной?

    Квантовая физика обожает холод. А именно, макроскопические квантовые явления, вроде сверхпроводимости, сверхтекучести и конденсата Бозе-Эйнштейна встречаются лишь при довольно малорослых температурах. В текущее время способы остывания способны достигать температуры в несколько нанокельвинов, достижение еще больше малорослых температур на Планете земля сопряжено с конкретными трудностями по причине целесообразности охлаждать материю под воздействием земного притяжения. Лаборатория остывания атомов NASA покажется на МКС в 2016 году, что дозволит сделать температуру приблизительно втрое все меньше самой малорослой из любых, воссозданных доныне.

    Для чего на МКС будет сотворена самая прохладная точка во Вселенной?

    Пролить свет на природу квантовой материи (формы материи, в каких макроскопические характеристики продиктованы квантовой механикой) — это же одна из главных тем самым за крайние полста лет в физике, которая собрала девять Нобелевских премий. Примеры: сверхпроводимость, сверхтекучесть, дробный квантовый спецэффект Холла и конденсаты Бозе-Эйнштейна.

    Предположительно новейшие и внезапные квантовые спецэффекты обязаны быть открыты при наиболее прохладных температурах. А именно, опыты на умеренном фоне обязаны предоставить заданные об крохотных спецэффектах, и не омраченных термическим шумом. Ключи к природе места и времени, квантовой запутанности, принципу эквивалентности и иным вопросцам умеют быть укрыты конкретно в холоде.

    Спектр новеньких применений довольно широкий, например, потенциальные квантовые датчики на базе атомной интерферометрии длины волны, в каких волновая природа атомов так усилена невысокими температурами, что они интерферируют меж собой.

    Как только осознавать прохладную температуру? По температурной шкале Кельвина, нулевая температура — это же абсолютный ноль, при котором все традиционное движение останавливается. Изменение температуры связывается с одним градусом Кельвина, который равен единому градусу Цельсия.

    На пути к сверххолодным температурам существуют свои маркеры. У сухого льда температура 195 К, водянистый азот бурлит при 77 К, а уж гелий становится водянистым при 4,2 К. Реликтовый микроволновый фон Вселенной отвечает 2,725 К, а уж в самом прохладном месте, узнаваемом во Вселенной, в туманности Бумеранга температура в 1 К.

    Маркеры столь же хороши, однако материя при температуре в 1 пикокельвин в триллион раз холоднее, чем туманность Бумеранга. Огромнейший скачок, который дозволяет почувствовать по-настоящему мощный мороз. Как только случай — можно посмотреть на длину волны де Бройля (в образцовом квантовом размере) атомы в прохладном газе.

    При комнатной температуре атом посредственного веса имеет длину волны подле 0,02 нм, что приблизительно в 10 раз все меньше, чем физический объем атома. Расхождение в объемах поясняет, посему атомные газы вообщем и не показывают квантовую природу при комнатных температурах. При температуре в 1 К длина волны подле 0,3 нм, куда все больше, чем зонирование атомов в воды, и можно следить квантово-механический сверхтекучий гелий, который возникает приблизительно при этакий температуре.

    При пикокельвине длина волны составляет приблизительно 0,3 миллиметров, размером со посредственную песчинку, и изрядно все больше традиционного объема атома. Когда квантовые волны отдельных атомов в газе накладываются друг на друга, в системе начинают доминировать квантовые спецэффекты; в случае атомного газа из бозонов, вы получите конденсат Бозе-Эйнштейна.

    Для чего на МКС будет сотворена самая прохладная точка во Вселенной?

    Квантовые корреляции, в каких появляются характеристики сверххолодной материи, обычно, достаточно слабенькие и разрушаются термическими флуктуациями, тем предотвращая формирование конденсированных квантовых фаз. Потому квантовые характеристики привычно рождаются при наиболее малорослых температурах.

    Опыты при самых малорослых температурах на сегодня вовлекают квантовые атомные газы. Дабы провести этакий опыт, надо изловить в западню, охладить и попробовать коллекцию отдельных атомов. К огорчению, атомные западни мучаются от предельной температуры, которой можно достигнуть и от однородности захваченной системы.

    Сейчас фаворитные западни для атомов ишачят на основе гравитомагнетического баланса. Диамагнитные атомы отталкиваются от магнитных полей, потому при размещении градиентного магнитного поля атомы будут опускаться перед началом уровня, в каком сила магнитного взаимодействия будет ординарно уравновешивать силу тяжести. Гравитомагнетическая западня сконструирована таким макаром, что магнитное поле все меньше посередине западни, ежели по бокам, потому атомы ограничены горизонтальной плоскостью.

    Явно, что магнитные взаимодействия разнообразных атомов в этакий западне и не однородны, в особенности ежели учитывать недостатки в конструкции и работе магнитов западни. В итоге ни одна система и не дает к исследованию однородный материал, и легче провести анализ его качеств. За исключением тамошнего, любые колебания либо альтернативные конфигурации в магнитном поле будут иметь тенденцию принуждать атомы двигаться скорее, что эквивалентно повышению температуры. По причине этаких спецэффектов самая низкорослая температура квантового атомного газа, достигнутая на сегодня, составляет подле 0,45 нК, в рамках опыта Массачусетского технологического колледжа.

    Лаборатория остывания атомов NASA обязана сломать температурный барьер и отдать вероятность провести опыты с квантовыми газами на температурах в несколько пикокельвинов. NASA задают глуповатый, на первый взор, вопросец: для чего нам западня для сверххолодных тестов с атомными газами?

    Этот вопросец показывает базовый переломный момент. Ежели атомы будут довольно охлаждены, западня, может быть, не пригодится. Обыкновенный опыт с пойманными в западню атомами проводится в границах пары квадратных мм. С эталоном при температуре в 1 К, атомы сбегут из этих пределов за миллисекунду, и не оставив ни копейки времени для проведения опыта. При температуре в 1 нК атомы будут оставаться в экспериментальных границах подле 5 секунд. При температуре в 1 пК время побега может составить наиболее 3 минут, даже несмотря на взаимодействия меж атомами. Высокоточные и важные опыты не сложно можно будет провести в течение пары секунд, тем сведя целесообразность ловить атомы в западню к нулю.

    И хотя возможно нет целесообразности задерживать атомы при малорослых температурах (ежели и не полагать пользование западни меж тестами), останется гораздо сила тяжести. На Планете земля атомы разлетелись бы из экспериментального места за 25 миллисекунд. А также по мере падения атомы выдают сильно много кинетической энергии, что приводит к дилеммам.

    Какое существуют решение при малорослых температурах? Вывести лабораторию по исследованию квантового атомного газа на орбиту. При довольно малорослой температуре западни будут и не надобны, также и не пригодится прибор для компенсирования силы гравитации.

    В итоге NASA образно назвало собственную лабораторию Cold Atom Lab, и она будет запущена на Международную галлактическую станцию в 2016 году. Эта лаборатория станет пионером в сфере новеньких техник и сортов анализа, руководства и пользования несчастных квантовых явлений при сверхнизких температурах. Это же дозволит пролить свет на некие позарез достойные внимания пародоксы. За исключением тамошнего, басни рассказывают, что в мгле и холоде скрывается не мало сюрпризов.