Вчені на МКС змогли отримати п’ятий стан речовини

Вчені з NASA отримали п’ятий стан речовини на МКС. Ця речовина — Конденсат Бозе — Ейнштейна — утворюється при охолодженні частинок до наднизьких температур і може проявляти квантові властивості.

Зі шкільної програми з фізики відомо, що існує чотири агрегатних стани речовини: рідкий, твердий, газоподібний і плазма (Іонізований газ).



Але завдяки квантовій фізиці вчені стали виділяти додаткові - "п'яті" — стани речовини, такі як надтекучість, глазма, кварк-глюонна плазма і навіть темна матерія.

Одним з подібних станів є конденсат Бозе-Ейнштейна, який представляє з себе елементарні частинки (бозони), охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля (приблизно мінус 273 градусів Цельсія).

На практиці існування конденсату Бозе-Ейнштейна довели у 1995-му, коли вчені з США охолодили атоми рубідію до температури у 170 нанокельвін і пізніше отримали за це Нобелівську премію.

Наукова цінність цієї речовини полягає у тому, що вона дозволяє спостерігати деякі квантові ефекти. Наприклад, корпускулярно-хвильовий дуалізм або прояв бозоном властивостей частки і хвилі одночасно.

Такий стан дуже крихкий, і досягти квантових властивостей найдрібніших частинок в умовах впливу земної гравітації можна лише на десяті частки мілісекунд.

Тому вчені вирішили створити конденсат Бозе-Ейнштейна в умовах мікрогравітації на Міжнародній космічній станції, яка розташована на висоті трохи більше 400 км над Землею.

Днями дослідники з NASA повідомили про успішне досягнення п’ятого стану речовини у Лабораторії холодного атома (Cold Atom Laboratory) на МКС.

Якщо гравітація на Землі буквально витягала атоми з магнітної пастки, не дозволяючи зберегти квантовий стан на довгий час, — на орбіті такий ефект може тривати навіть кілька секунд.

"Ми спостерігаємо збільшення числа атомів на орбіті майже у три рази. За допомогою застосування різних градієнтів магнітного поля ми підтверджуємо, що приблизно половина атомів перебуває у магнітно-нечутливому стані, формуючи галоподібну хмару навколо місця розташування магнітної пастки", — зазначено в дослідженні.

В якості основи для конденсату Бозе-Ейнштейна вчені з NASA використовували всі ті ж атоми рубідію. Чим холодніше буде ця речовина і чим довше вона збережеться у такому стані - тим більше шансів вчені отримують на її дослідження та відкриття інших способів досягнення квантових ефектів.

"Ми використовували базові можливості Лабораторії холодного атома на низькій навколоземній орбіті, щоб продемонструвати безпосередні і фундаментальні переваги мікрогравітації для експериментів з ультрахолодних атомом… Ці експерименти стали початком багаторічних наукових дослідженнь з додатковими можливостями приладів, які будуть використовуватися у майбутньому", — пишуть автори дослідження з NASA.

За словами вчених, вони вже розробляють додаткове обладнання для подібних експериментів, яке у найближчому майбутньому відправиться на МКС у якості корисного вантажу.

Попри це, чинний рекорд людства зі зниження температури речовини поки належить наземній лабораторії.

Кілька років тому вчені з Массачусетського технологічного інституту змогли охолодити з'єднання натрію і калію 23Na40K до наднизької температури у 500 нанокельвінів — 0,5° K або -273,1 499 995°C. Це приблизно у мільйон разів холодніше, ніж температура міжзоряного простору.

Тоді охолоджені атоми змінили свої властивості, призупинивши хаотичний рух і практично сформували єдину молекулу в ще одному екзотичному стані. Речовина проіснувала у такому стані всього 2,5 секунди.

"Це схоже на налаштування радіо на частоту з якоюсь станцією. Ці атоми починають щасливо вібрувати разом і утворюють пов’язану молекулу", — заявив професор фізики у Массачусетському технологічному інституті Мартін Цверляйн.