يوجد على متن محطة الفضاء الدولية معمل صغير بحجم ثلاجة صغيرة، يصنع بعضًا من أبرد المواد في الكون. يطلق عليه مختبر الذرة الباردة، وقد استخدم العلماء هذه الغرفة لبعض الوقت لدراسة الخصائص الكمومية الغريبة للذرات في الجاذبية الصغرى. ولكنهم أعلنوا يوم الأربعاء 15 نوفمبر أنهم وصلوا إلى مرحلة مهمة.
تم تشغيل مختبر الذرة الباردة عن بعد بواسطة فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في كاليفورنيا، وقد أنتج رسميًا غازًا كميًا يحتوي على نوعين من الذرات. وهذا يمكن أن يفتح الباب في نهاية المطاف أمام تجارب فضائية جديدة تمامًا في كيمياء الكم.
عند التفكير في حالات المادة، فإن الغازات والسوائل والمواد الصلبة والبلازما هي الحالات الأربع المعروفة – ولكن هناك أيضًا حالة خامسة غريبة للمادة، وهي مكثف بوز-آينشتاينوالذي تم اكتشافه لأول مرة في التسعينيات.
لم يتم العثور على هذه الحالة في الطبيعة، ولكن يمكن للعلماء خلقها. يتم توليد مكثفات بوز-آينشتاين في مختبرات شديدة البرودة مثل مختبر الذرة الباردة، حيث يساعد الليزر أو المغناطيس في تبريد سحابة من الذرات بالقرب من الصفر المطلق، أو -459 درجة فهرنهايت (-273 درجة مئوية). هذه هي أبرد درجة حرارة ممكنة في الكون. في هذه الحالة، تتباطأ الذرات، وتختلط حوافها معًا، ويتمكن العلماء من ملاحظة التأثيرات الكمية التي عادة ما تكون دراستها صعبة للغاية.
متعلق ب: المادة المضادة تستجيب للجاذبية كما تنبأ أينشتاين، هذا ما تؤكده تجربة سيرن الكبرى
على الأرض، تتسبب الجاذبية في تبدد مكثفات بوز-آينشتاين بمجرد إيقاف تشغيل المغناطيسات أو أجهزة الليزر فائقة التبريد في غرفة التجربة. ومع ذلك، فإن هذا لن يحدث في بيئة الجاذبية الصغرى في الفضاء. إذن أيها العلماء تم إنشاء مكثفات بوز-آينشتاين في مختبر الذرة الباردة لأول مرة في عام 2018، وهو العام الذي تم فيه تركيب الغرفة على محطة الفضاء الدولية. وفي منذ سنواتلقد درسوا هذه الظاهرة بفعالية كبيرة.
لكن الآن، أظهر الباحثون أنهم يستطيعون إنشاء مثل هذا الغاز الكمي ليس بنوع واحد من الذرات، بل بنوعين من الذرات. وفي هذه الحالة، حققوا هذا الإنجاز باستخدام سحابة من البوتاسيوم والروبيديوم. وفقا لمختبر الدفع النفاث إعلانيمكن استخدام العمل المستقبلي على هذا النوع من الغاز الكمومي للمساهمة في تطوير تقنيات الكم الفضائية الموجودة بالفعل على الأرض.
وقال نيكولاس بيجلو، أستاذ الفيزياء والبصريات في جامعة روتشستر: “يمكننا صنع أجهزة استشعار حساسة للغاية للدورات الصغيرة، واستخدام هذه الذرات الباردة من مكثفات بوز-آينشتاين بشكل أساسي لصنع الجيروسكوبات”. إفادة. وهو مؤلف مشارك للنتائج الجديدة.
وقال بيجلو: “يمكن لهذه الجيروسكوبات أن تمنحنا نقطة مرجعية ثابتة في الفضاء يمكن استخدامها للملاحة في الفضاء السحيق”. “نحن نعمل أيضًا على تطوير عدد من الأشياء التي يمكن أن تؤدي إلى ساعات أفضل في الفضاء، والتي تعتبر ضرورية للعديد من الأشياء في الحياة الحديثة، مثل الإنترنت عالي السرعة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).”
ويعتقد الباحثون أيضًا أن التجارب المستقبلية في مختبر الذرة الباردة يمكن أن تساعدهم في اختبار مبدأ التكافؤ، الموجود في قلب نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. ينص هذا المبدأ على أن الجاذبية يجب أن تؤثر على جميع الأجسام بنفس الطريقة، بغض النظر عن كتلتها. بمعنى آخر، يجب أن تسقط الريشة والطوب بنفس السرعة، على الأقل في الفراغ، دون احتكاك.
لقد ناضل العلماء لحل هذا المبدأ بقوانين ميكانيكا الكموالتي تصف سلوك أصغر الأشياء المعروفة في الكون. وقد يكونون قادرين على اختباره بشكل أكثر دقة في التجارب الكمومية في الفضاء.
نُشر مقال يشرح هذه النتائج بالتفصيل في 15 نوفمبر في مجلة Nature.
تحديث 11/17: هناك حالات معروفة للمادة تتجاوز الحالات الخمس المذكورة هنا. تم تعديل هذه المقالة لتعكس هذا.
