Уникальную форму вещества, обладающую квантовым эффектом, ученым из Нижней Саксонии первым в мире удалось получить в космосе. В будущем сверхтекучий конденсат Бозе-Эйнштейна позволит решить множество практических задач. Среди ближайших планов – создание на его основе сверхточных интерферометров.  

Ученым из Ганноверского университета им. Лейбница в условиях космической невесомости удалось произвести конденсат Бозе-Эйнштейна. Существование этой ультрахолодной агрегатной формы материи, являющейся, по сути, одной большой квантовой частицей, еще в 1924 году теоретически обосновали индийский физик Шатьендранат Бозе и Альберт Эйнштейн. Сверхтекучий конденсат уже в ближайшем будущем специалисты намерены использовать в качестве "строительного материала" для атомных интерферометров – сверхточных измерительных приборов. Впрочем, это только одна из многих возможностей применения этой крайне чувствительной к внешним воздействиям формы вещества. 

Еще не так давно главная сложность заключалась в том, что для получения конденсата Бозе-Эйнштейна требовалась огромная лаборатория, занимающая несколько зданий, чтобы охладить атомы щелочных металлов (например, рубидия или натрия) практически до абсолютного нуля. Немецким ученым удалось вместить всю необходимую аппаратуру в контейнер-капсулу исследовательской ракеты  три метра высотой и полметра шириной.

Показать изображение крупным планом

Закрыть

В аппаратный комплекс "MAIUS 1" входит лазерная техника, позволяющая подавлять вибрации атомов и заставляющая их охлаждаться, а также магнитооптическая ловушка, отбрасывающая самые "горячие" атомы рубидия и оставляющая самые неподвижные частицы. В течение всего двух секунд такая конструкция охлаждает около миллиарда чуть теплых атомов рубидия до ста миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. А вслед за этим около ста тысяч оставшихся атомов переходят в заветное состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна. Ракета с установкой "MAIUS 1" на борту была отправлена на шесть минут в космос с космодрома Эсрейндж в Швеции. За этот недолгий промежуток времени автоматизированная система более сотни раз повторила эксперимент и смогла многократно произвести  драгоценный конденсат.

Эксперимент по производству сверхтекучего вещества в условиях невесомости ученые совершили еще в январе прошлого года, однако подробнее о его результатах стало известно только теперь – благодаря публикации в авторитетном научном журнале "Nature".

Особенность "капризного" конденсата Бозе-Эйнштейна – это его гиперчувствительность к внешним влияниям, среди которых и гравитация, поэтому он может служить идеальной основой для высокоточных атомных интерферометров. Тогда как обычные приборы измеряют интерференцию по отражающимся в зеркале световым лучам, атомный измеритель функционирует на принципиально иных началах. Сверххолодные атомы он подвергает интерференции с помощью лазерных лучей, что дает возможность замера  мельчайших параметров. Однако поскольку атомы при этом находятся в свободном падении, время измерения на Земле очень ограничено: в условиях необходимого высокого вакуума они падают вниз подобно кирпичам. Даже на 122-метровой бременской "Башне падения", где проходили предыдущие опыты, специалистам необходимо было уложиться в несколько секунд. В условиях же космической невесомости ученые могут позволить себе работать без спешки, что делает замеры более точными.

Вслед за проектом "MAIUS 1" ученые из Нижней Саксонии запланировали еще два старта ракет. Примечательно, что немецкие физики добились результата на полтора года раньше, чем специалисты Nasa из лаборатории "Cold Atom", которые в мае нынешнего года приступили к производству конденсата Бозе-Эйнштейна на Международной космической станции. К слову, в американском проекте задействованы и исследователи из "MAIUS 1". 

Арина Попова