НАСА прилагает усилия для создания и изучения конденсата Бозе-Эйнштейна — состояния материи, которое отличается от известных твердого, жидкого, газообразного и плазменного состояний. Это исследование проводится на Международной космической станции с использованием компактной лаборатории под названием Лаборатория холодных атомов.
Детали проекта и обновления
Проект Лаборатория холодных атомов получил свое четвертое крупное обновление в июне 2026 года, как сообщило НАСА. Оборудование было отправлено на станцию в апреле и уже установлено, проводя научные измерения.
Конденсат Бозе-Эйнштейна и абсолютный ноль
Абсолютный ноль представляет собой самую низкую возможную температуру во Вселенной, соответствующую -273,15°C, точке, при которой атомы прекращают всякое энергетическое движение. Лаборатория холодных атомов использует лазеры для охлаждения газов рубидия и калия до температур, близких к этому пределу, достигая условий, которые не встречаются в природе.
При этих экстремальных температурах происходит необычное явление: вместо того чтобы проявляться как изолированные сущности, множественные атомы начинают проявляться как одна квантовая волна материи, что и характеризует конденсат Бозе-Эйнштейна, то есть пятое состояние материи.
Преимущества космической среды
Проведение исследований конденсатов Бозе-Эйнштейна на Земле сопряжено с большими трудностями из-за влияния гравитации и тепловой среды, факторов, которые могут нарушить квантовое поведение атомов до того, как их можно будет точно измерить.
В космосе гравитация, близкая к нулю на низкой орбите, позволяет этим волнам материи развиваться и расширяться в течение значительно более длительных периодов без помех, что невозможно в наземных лабораториях.
Джейсон Уильямс, ученый, участвующий в проекте в Центре реактивной тяги НАСА, заявил, что при самых низких температурах материя принимает радикально иное поведение, чем ранее наблюдалось. Он добавил, что преобладает волновое свойство материи, что позволяет проводить измерения времени, гравитации и движения с очень высокой точностью.
Обновленная версия лаборатории включает существенные улучшения, такие как переработанная магнитная ловушка для удержания атомного облака, усовершенствованные источники атомов и более тонкие измерительные возможности. Эти улучшения представляют собой прогресс по сравнению с предыдущими версиями, которые работали с момента прибытия оборудования в 2018 году, согласно Live Science.
Будущие применения исследований
Исследования, проводимые в Лаборатории холодных атомов, выходят за рамки фундаментальной науки. Сверхточные измерения времени, гравитации и движения, обеспечиваемые этими экспериментами, имеют решающее значение для разработки будущих квантовых технологий.
Среди потенциальных применений — навигационные системы, способные работать на Луне без зависимости от GPS, а также подробные карты гравитационного поля Земли, полезные для мониторинга изменения климата, запасов подземных вод и тектонических движений.
Итан Эллиотт, другой ученый проекта в JPL, сравнил текущую работу с квантовой революцией прошлого века, которая породила лазеры, мобильные телефоны и МРТ для медицинской диагностики. Он заявил, что они переживают «Квантовую 2.0» — прямое манипулирование крупными квантовыми состояниями — и надеются добиться технологических прорывов, аналогичных тем, что произошли в этой области при работе на орбите.