Kosmoso erdvė yra šalta. Tarp žvaigždžių ir galaktikų esančių dujinių debesų temperatūra yra maždaug 3 laipsniai Kelvinų, arba – 270 laipsnių Celsijaus.
Tačiau NASA tikslas pasiekti 100 piko Kelvinų, tik vos daugiau nei absoliutaus nulio temperatūra.
NASA tikslas pasiekti 100 piko Kelvinų, tik vos daugiau nei absoliutaus nulio temperatūra.
„Mes ketiname tirti materiją, kai temperatūra yra gerokai žemesnė nei esanti natūraliomis sąlygomis – tiesa, šis žodis čia taikomas toli nuo šilumos šaltinių esančioms dujoms“, – teigia Robas Thompsonas iš NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos, vienas iš mokslininkų, kuriančių „atomų šaldytuvą“. Planuojama, kad šis prietaisas bus nusiųstas į Tarptautinę kosminę stotį jau 2016 metais.
100 piko Kelvinų – tai tik viena dešimtmilijardinė laipsnio dalis virš absoliutaus nulio, kuomet visiškai išnyksta atomų šiluminis judėjimas. Esant tokioms žemoms temperatūroms, įprastos medžiagos būsenų – kietosios, skystosios ar dujinės – sąvokos tampa beprasmėmis, nes atomai, sąveikaudami tarpusavyje, sukuria naujas medžiagos formas, kurios iš esmės yra kvantinės.
O kvantinis pasaulis yra labai savotiškas – kvantinės dalelės gali būti dviejose vietose vienu metu, elgtis ir kaip dalelės, ir kaip bangos, o jį aprašyti galima tik tikimybėmis. Į šią keistą karalystę ir norima pakliūti.
Boze-Einšteino kondensatas
Eksperimentai bus pradėti Boze – Einšteino kondensato tyrimais.
1995 metais mokslininkai atrado, kad, atšaldžius kelių milijonų rubidžio ar natrio atomų debesėlį iki temperatūros, artimos absoliučiam nuliui, jie susigrupuoja, sudarydami bangą.
Tokia materijos forma buvo pavadinta Boze-Einšteino kondensatu, nes jos galimybę teoriškai numatė Albert Einsteinas ir Satyendra Bose dar 20-ojo amžiaus pradžioje. 2001 metais už eksperimentinį Boze-Einšteino kondensato sukūrimą ir jo tyrimo darbus mokslininkai Ericas Cornellis, Carlas Wiemanas ir Wolfgangas Ketterle buvo apdovanoti Nobelio premija.
Sukūrus du tokio kondensato debesėlius ir juos sujungus, jie nesusimaišytų kaip įprastos dujos. Pasirodo, kad jie interferuos kaip bangos, sudarydami plonus lygiagrečius medžiagos sluoksnius, atskirtus tuščios erdvės. Vienas Boze-Einšteino kondensato atomas gali susilieti su kitame debesėlyje esančiu atomu ir... išnykti.
Šioje laboratorijoje bus galima maišyti įvairias atšaldytas dujas ir stebėti, kas vyks.
Kodėl Žemė?
Tačiau kodėl pasirinkta kosminė stotis, o ne laboratorija Žemėje?
Pasirodo, ten esanti mikrogravitacija leidžia atvėsinti medžiagas iki daug žemesnės temperatūros, nei Žemėje.
Boze-Einšteino kondensato atomas gali susilieti su kitame debesėlyje esančiu atomu ir... išnykti.
Vienas iš termodinamikos dėsnių teigia, kad dujoms plečiantis, jos vėsta. Šis principas ir naudojamas dujų atšaldymui. Tačiau jas reikia išlaikyti vienoje vietoje, o tam naudojamas magnetinis laukas. Žemėje, kur reikia įveikti jos trauką, laukas turi būti gerokai stipresnis, nei kosminėje stotyje. Silpnas magnetinis laukas leidžia dujoms plėstis ir atvėsti iki žemesnės temperatūros nei tai įmanoma pasiekti Žemėje.
Kol kas niekas nežino, kokius reiškinius šie fundamentalieji moksliniai tyrimai gali padėti atskleisti. Gal būt jie padės sukurti kvantinius jutiklius, naujo tipo ypač jautrius gravitacijos bangų interferometrus ar atominius lazerius. Kol kas šie pavadinimai skamba kaip mokslinė fantastika, bet žengiama į nežinomą zoną, kurioje bus visokiausių netikėtumų. Galbūt net pavyks sukurti plauko storio atomų bangą, kurią jau bus galima pamatyti ir plika akimi, tai yra kvantinį objektą pamatyti makroskopiniame pasaulyje.
