С помощью ракеты-носителя «Антарес» компании Orbital ATK аэрокосмическое агентство NASA отправило к Международной космической станции оборудование для проведения эксперимента по экстремальному охлаждению материи. Проект Cold Atom Laboratory («Лаборатория холодного атома», CAL) предназначен для достижения температуры, которая в 10 миллиардов раз ниже температуры вакуума. Это необходимо для получения конденсата Бозе — Эйнштейна — группы из большого числа атомов, которые проявляют квантовые свойства на макроскопическом уровне.
Эксперимент состоит из нескольких инструментов, таких как короб, лазеры, вакуумная камера и электромагнитный «нож». Все это предназначено для работы с атомами, а именно — для их охлаждения до температуры, наиболее близкой к абсолютному нулю, чем когда-либо. В случае успеха эксперимент поможет максимально замедлить их скорость на самый длительный на данный момент срок.
При абсолютном нуле, равном -273,15 градуса Цельсия (0 кельвинов), атомы вещества полностью прекращают двигаться, что, однако, недостижимо на практике из-за нулевых колебаний — квантовых флуктуаций, проявляющихся при достижении системой минимального энергетического состояния. Такой эффект наблюдается при создании конденсата Бозе — Эйнштейна, состоящего из бозонов — частиц, которые могут занимать одно и то же квантовое состояние, то есть становиться неразличимыми с точки зрения экспериментатора. Поскольку все частицы способны достигнуть минимального энергетического уровня, весь конденсат перестает взаимодействовать с атомами окружающего вещества, в результате чего, например, исчезает сила трения и возникает сверхтекучесть.
Микрогравитация на борту МКС позволит проводить наблюдения за конденсатом Бозе — Эйнштейна в течение рекордно долгого периода времени — 10 секунд.
«Исследование этих гиперхолодных атомов может перевернуть наше понимание материи и фундаментальной природы гравитации. Эксперименты, которые мы проведем с CAL, помогут нам лучше понять гравитацию и темную энергию — одни из наиболее распространенных сил во Вселенной», — прокомментировал Роберт Томпсон, ученый проекта CAL в Лаборатории реактивного движения NASA.
Квантовые эффекты, которые проявляются в конденсате Бозе — Эйнштейна, в том числе сверхтекучесть, могут применяться для эффективной передачи энергии и создания сверхпроводимых устройств, а также квантовых компьютеров и сверхточных атомных часов с лазерным охлаждением.
Cold Atom Laboratory запустили на борту частного грузового космического корабля Cygnus в понедельник, 21 мая. Помимо этого, на МКС было отправлено оборудование для секвенирования геномов микробов, обнаруженных на борту МКС, а также ручной секстант для определения положения станции по звездам.