Kvante femte tilstand af stof observeret i rummet for første gang

Forskere har observeret den femte tilstand af stof i rummet for første gang, tilbyder hidtil uset indsigt, der kunne hjælpe med at løse nogle af kvanteuniversets mest vanskelige gåder, forskning viste torsdag.

Bose-Einstein-kondensater (BEC'er) - hvis eksistens blev forudsagt af Albert Einstein og den indiske matematiker Satyendra Nath Bose for næsten et århundrede siden - dannes, når atomer af visse grundstoffer afkøles til næsten det absolutte nul (0 Kelvin, minus 273,15 Celsius).

På dette tidspunkt, atomer bliver en enkelt enhed med kvanteegenskaber, hvor hver partikel også fungerer som en bølge af stof.

BEC'er grænser op til grænsen mellem den makroskopiske verden styret af kræfter som tyngdekraften og det mikroskopiske plan, styret af kvantemekanik.

Forskere mener, at BEC'er indeholder vigtige spor til mystiske fænomener som mørk energi - den ukendte energi, der menes at være bag universets accelererende udvidelse.

Men BEC'er er ekstremt skrøbelige. Den mindste interaktion med den ydre verden er nok til at varme dem forbi deres kondensationstærskel.

Dette gør dem næsten umulige for forskere at studere på Jorden, hvor tyngdekraften interfererer med de magnetiske felter, der kræves for at holde dem på plads til observation.

Torsdag afslørede et hold af NASA-forskere de første resultater fra BEC-eksperimenter ombord på den internationale rumstation, hvor partikler kan manipuleres fri for jordiske begrænsninger.

"Mikrogravitation giver os mulighed for at begrænse atomer med meget svagere kræfter, da vi ikke behøver at støtte dem mod tyngdekraften, "Robert Thompson fra California Institute of Technology, Pasadena, fortalte AFP.

Forskning offentliggjort i tidsskriftet Natur dokumenterer flere opsigtsvækkende forskelle i egenskaberne af BEC'er skabt på Jorden og dem ombord på ISS.

For én ting, BEC'er i terrestriske laboratorier varer typisk en håndfuld millisekunder, før de forsvinder.

Ombord på ISS varede BEC'erne mere end et sekund, giver holdet en hidtil uset chance for at studere deres ejendomme.

Mikrotyngdekraften gjorde det også muligt for atomerne at blive manipuleret af svagere magnetfelter, fremskynde deres afkøling og muliggør klarere billeddannelse.

'Bemærkelsesværdigt' gennembrud

Oprettelse af materiens femte tilstand, især inden for en rumstations fysiske rammer, er ingen ringe bedrift.

Først, bosoner - partikler, der har lige mange protoner og elektroner - afkøles til næsten det absolutte nul ved hjælp af lasere til at klemme dem på plads.

Jo langsommere atomerne bevæger sig rundt, jo køligere bliver de.

Når de mister varme, et magnetfelt indføres for at forhindre dem i at bevæge sig, og hver partikels bølge udvider sig. At proppe mange bosoner ind i en mikroskopisk "fælde", der får deres bølger til at overlappe hinanden til en enkelt stofbølge - en egenskab kendt som kvantedegeneration.

I det andet frigives magnetfælden, så forskere kan undersøge kondensatet, imidlertid, atomerne begynder at afvise hinanden, hvilket får skyen til at flyve fra hinanden, og BEC bliver for fortyndet til at opdage.

Thompson og holdet indså, at mikrotyngdekraften om bord på ISS tillod dem at skabe BEC'er fra rubidium - et blødt metal svarende til kalium - på en langt mere lavvandet fælde end på Jorden. Dette var årsag til den stærkt forlængede tid, kondensatet kunne studeres, før det diffunderede.

"Vigtigst af alt kan vi observere atomerne, mens de flyder fuldstændigt uindskrænket (og dermed uforstyrret) af eksterne kræfter, "Sagde Thompson.

Tidligere undersøgelser, der forsøgte at efterligne virkningen af ​​vægtløshed på BEC'er, brugte fly i frit fald, raketter og endda apparater faldt fra forskellige højder.

Forskerholdsleder David Aveline fortalte AFP, at studiet af BEC'er i mikrotyngdekraft åbnede et væld af forskningsmuligheder.

"Anvendelser spænder fra test af generel relativitet og søgninger efter mørk energi og gravitationsbølger til rumfartøjsnavigation og prospektering efter underjordiske mineraler på månen og andre planetariske legemer, " han sagde.

© 2020 AFP