NASA ønsker at skabe det sejeste sted i universet

Den her sommer, en kasse i størrelse med en iskiste vil flyve til den internationale rumstation, hvor det vil skabe det sejeste sted i universet.

Inde i den æske, lasere, et vakuumkammer og en elektromagnetisk "kniv" vil blive brugt til at afbryde energien fra gaspartikler, bremse dem, indtil de er næsten ubevægelige. Denne pakke af instrumenter kaldes Cold Atom Laboratory (CAL), og blev udviklet af NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. CAL er i de sidste faser af samlingen på JPL, forud for en tur i rummet i august på SpaceX CRS-12.

Dens instrumenter er designet til at fryse gasatomer til kun en milliarddel af en grad over det absolutte nul. Det er mere end 100 millioner gange koldere end rummets dybder.

"At studere disse hyperkolde atomer kan omforme vores forståelse af stof og tyngdekraftens grundlæggende natur, "sagde CAL -projektforsker Robert Thompson fra JPL." De eksperimenter, vi skal lave med Cold Atom Lab, vil give os indsigt i tyngdekraften og mørk energi - nogle af de mest gennemgående kræfter i universet. "

Når atomer afkøles til ekstreme temperaturer, da de vil være inde i CAL, de kan danne en tydelig tilstand af stof, kendt som et Bose-Einstein-kondensat. I denne tilstand, velkendte fysikregler trækker sig tilbage, og kvantefysikken begynder at tage over. Materiale kan observeres opfører sig mindre som partikler og mere som bølger. Atomerækker bevæger sig i samklang med hinanden, som om de kørte på et bevægeligt stof. Disse mystiske bølgeformer er aldrig set ved temperaturer så lave som hvad CAL vil opnå.

NASA har aldrig før skabt eller observeret Bose-Einstein-kondensater i rummet. På jorden, tyngdekraftens træk får atomer til konstant at slå sig ned mod jorden, hvilket betyder, at de typisk kun kan observeres i brøkdele af et sekund.

Men på den internationale rumstation, ultrakolde atomer kan holde deres bølgelignende former længere, mens de er i frit fald. Det giver forskere et længere vindue til at forstå fysik på sit mest grundlæggende niveau. Thompson vurderede, at CAL vil tillade, at Bose-Einstein-kondensater kan observeres i op til fem til 10 sekunder; fremtidig udvikling af de teknologier, der bruges på CAL, kan give dem mulighed for at vare i hundredvis af sekunder.

Bose-Einstein-kondensater er et "superfluid"-en slags væske med nul viskositet, hvor atomer bevæger sig uden friktion, som om de alle var ét, fast stof.

"Hvis du havde overflødigt vand og snurrede det rundt i et glas, det ville snurre for evigt, "sagde Anita Sengupta fra JPL, Cold Atom Lab projektleder. "Der er ingen viskositet til at bremse den og sprede kinetisk energi. Hvis vi bedre kan forstå superfluiders fysik, vi kan muligvis lære at bruge dem til mere effektiv energioverførsel. "

Fem videnskabelige teams planlægger at udføre eksperimenter ved hjælp af Cold Atom Lab. Blandt dem er Eric Cornell fra University of Colorado, Boulder og National Institute for Standards and Technology. Cornell er en af ​​de nobelprisvindere, der først skabte Bose-Einstein-kondensater i et laboratorium i 1995.

Resultaterne af disse forsøg kan potentielt føre til en række forbedrede teknologier, herunder sensorer, kvantecomputere og atomure, der bruges til rumfartøjsnavigation.

Særligt spændende er applikationer relateret til registrering af mørk energi, sagde Kamal Oudrhiri fra JPL, CAL -stedfortrædende projektleder. Han bemærkede, at de nuværende modeller for kosmologi deler universet i cirka 27 procent mørkt stof, 68 procent mørk energi og cirka 5 procent almindeligt stof.

"Det betyder, at selv med alle vores nuværende teknologier, vi er stadig blinde for 95 procent af universet, "Sagde Oudrhiri." Som et nyt objektiv i Galileos første teleskop, de ultrafølsomme kolde atomer i Cold Atom Lab har potentialet til at låse op for mange mysterier ud over grænserne for kendt fysik. "

Cold Atom Lab er i øjeblikket under en testfase, der vil forberede det inden levering til Cape Canaveral, Florida.

"De tests, vi laver i løbet af de næste måneder på jorden, er afgørende for at sikre, at vi kan betjene og justere det eksternt, mens det er i rummet, og i sidste ende lære af dette rige atomfysiske system i de kommende år, "sagde Dave Aveline, test-sengeledningen på JPL.