En varm rumstation velkommen til cool ny hardware

Astronaut Christina Koch bød for nylig en varm velkomst til en meget cool ankomst til den internationale rumstation:et nyt stykke hardware til Cold Atom Lab, en eksperimentel fysikfacilitet, der afkøler atomer til næsten det absolutte nulpunkt, eller minus 459 grader Fahrenheit (minus 273 grader Celsius). Det er koldere end noget kendt sted i universet.

Cold Atom Lab har været oppe at køre i rumstationens videnskabsmodul siden juli 2018 og drives eksternt fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Fem grupper af videnskabsmænd på Jorden bruger Cold Atom Lab til at udføre en række eksperimenter for at hjælpe med at besvare spørgsmål om, hvordan vores verden fungerer i de mindste skalaer.

Den nye hardware inkluderer et instrument kaldet et atominterferometer, der vil give forskere mulighed for at foretage subtile målinger af tyngdekraften og undersøge grundlæggende tyngdekraftsteorier. Yderligere udvikling af denne teknologi i rummet kan føre til forbedrede inertikraftsensorer, som kunne bruges til at designe værktøjer til forbedret rumfartøjsnavigation, at undersøge sammensætningen og topologien af ​​planeter og andre himmellegemer, og at studere Jordens klima.

Afkøling af atomer til så lave temperaturer bremser dem betydeligt, gør det lettere for forskere at studere dem. (Atomer med rumtemperatur bevæger sig hurtigere end lydens hastighed, mens ultrakolde atomer bevæger sig langsommere end en havesnegl.) Ultrakold atomfysik har ført til gennembrud såsom opdagelsen af ​​superfluiditet og superledning, såvel som produktionen af ​​en femte stoftilstand, kaldet et Bose-Einstein-kondensat (BEC). Først forudsagt i 1920'erne, BEC'er giver videnskabsmænd mulighed for at observere atomers kvanteadfærd på en makroskopisk skala.

Fysikere har brugt ultrakolde atomfaciliteter i jordbundne laboratorier i mere end 20 år. Men CAL er den første sådan facilitet i kredsløb om Jorden, hvor mikrogravitationsmiljøet giver forskerne længere observationstider for individuelle bundter af atomer og kan tillade koldere temperaturer end hvad der kan opnås på jorden.

Ultrakolde atomer giver også et vindue til kvantemekanik, hvor partikler kan opføre sig på mærkelige måder, såsom at spontant passere gennem fysiske barrierer eller at kommunikere øjeblikkeligt over lange afstande. Studiet af kvantemekanik har ført til udviklingen af ​​så allestedsnærværende teknologier som lasere, halvledere og transistorer. Ved at tage springet i kredsløb om Jorden, Cold Atom Lab kan åbne døren for udviklingen af ​​kvanteteknologier i rummet.