Экзотическое пятое состояние вещества наблюдали в неземных условиях - Гранит науки - 2020-06-15

Ученые добились экзотического состояния материи в условиях невесомости Международной космической станции и изучают таким образом квантовый мир, сообщает портал Live Science со ссылкой на статью в журнале Nature. Кроме известных четырех агрегатных состояний вещества — газообразного, жидкого, твердого и плазменного — есть также пятое состояние, Бозе-Эйнштейновские конденсаты, которые впервые были получены в лабораторных условиях 25 лет назад. При охлаждении группы атомов почти до абсолютного нуля, атомы начинают образовывать кластеры и вести себя как один большой «супер-атом», Бозе-Эйнштейновский конденсат. Это пограничное состояние между привычными состояниями вещества, подчиняющимися законам классической физики, и микромиром, которым управляют законы квантовой механики.

В мире квантовой механики частица может вести себя так, будто она одновременно движется в двух противоположных направлениях, или одновременно возбуждается в двух и более местах в пространстве. Поскольку Бозе-Эйнштейновским конденсатам свойственно, по крайней мере отчасти, такое квантовое поведение, они предоставляют ученым возможность заглянуть внутрь квантово-механических процессов, что, в свою очередь, может помочь в объяснении устройства космоса на всех уровнях — от микро до макроструктур.

Бозе-Эйнштейновские конденсаты в настоящее время создаются в сотнях лабораторий по всему миру. Но в условиях земного тяготения все эти эксперименты имеют одно ограничение: «супер-атомы» чрезвычайно нестабильны, а оборудование для их создания невероятно чувствительно к внешним воздействиям, в том числе и к гравитации, и это существенно затрудняет исследование пятого состояния материи. По этой причине лаборатория для создания Бозе-Эйнштейновских конденсатов была оборудована на борту космической станции, в условиях микрогравитации. Она называется Лаборатория холодного атома (Cold Atom Lab) и была пущена в действие в 2018 году.

Лаборатория холодного атома небольшая и потребляет мало энергии. Как выяснили исследователи на борту МКС, в этой лаборатории время существования экзотического состояния превышает одну секунду, что открывает новые возможности для его анализа, тогда как на Земле в распоряжении ученых для этого лишь сотые доли секунды. Кроме того, в условиях микрогравитации для удержания атомов конденсата в магнитной ловушке нужны менее сильные магнитные поля. Это означает, что конденсаты можно создавать при более низких температурах. Предполагается, что чем ниже температура, тем более выраженными должны быть экзотические квантовые эффекты. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».