На борту МКС располагается комбинированная лаборатория, предназначенная для создания самых холодных веществ во Вселенной. Это Лаборатория холодных атомов, которая даёт учёным возможность исследовать квантовые свойства атомов в условиях невесомости. 15 ноября учёные объявили о достижении важного результата.

Управляемая на расстоянии командой из Лаборатории реактивного движения NASA, Лаборатория холодных атомов создала квантовый газ, содержащий два вида атомов. Этот результат открывает новые возможности для проведения космических экспериментов в области квантовой химии.

Источник: NASA/Roscosmos

Вещество может находиться в пяти известных состояниях: газообразном, жидком, твёрдом, плазменном и бозе-эйнштейновском конденсате — экзотическом пятом состоянии вещества, открытом в 1990-х годах.

В природе бозе-эйнштейновский конденсат не встречается, однако учёные могут его создавать. Это делается в ультрахолодных лабораториях, похожих на Лабораторию холодных атомов, где с помощью лазеров или магнитов облако атомов охлаждается почти до абсолютного нуля, температура которого составляет −459,67 °F (по Фаренгейту) или -273,15°С. В состоянии бозе-эйнштейновского конденсата атомы замедляются, что позволяет учёным наблюдать редкие квантовые эффекты.

На Земле гравитация вызывает разрушение бозе-эйнштейновского конденсата, когда магниты или лазеры, необходимые для его создания, отключаются. Однако в условиях микрогравитации в космосе этого не происходит. В 2018 году учёным уже удавалось создать бозе-эйнштейновский конденсат в Лаборатории холодных атомов после установки на МКС. За последние годы они исследовали данное явление.

Теперь исследователям удалось показать, что они могут создавать такой квантовый газ не только с одним, а с двумя видами атомов. Для этого они использовали пары атомов калия-рубидия. Представители Лаборатории реактивного движения NASA сообщили, что дальнейшая работа с этим типом квантового газа может быть полезной для разработки космических квантовых технологий, уже применяемых на Земле.

«Становится возможным создание чрезвычайно чувствительных датчиков и использование холодных атомов в бозе-эйнштейновском конденсате для создания гироскопов. Такие гироскопы могут служить точкой опоры для космической навигации в дальнем космосе. Также рассматриваются идеи, приводящие к созданию более точных космических часов, которые имеют важное значение для таких областей, как высокоскоростной интернет и GPS», — отметил профессор физики и оптики Университета Рочестера Николас Бигелоу, один из соавторов открытия.

Исследователи надеются, что будущие эксперименты в Лаборатории холодных атомов помогут проверить принцип эквивалентности, который является основополагающим в теории общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Согласно этому принципу, гравитация должна влиять на все объекты одинаково, независимо от их массы. 

Учёным трудно совместить этот принцип с законами квантовой механики, которые описывают поведение самых малых объектов во Вселенной. Они возлагают надежды на то, что квантовые эксперименты в космической среде позволят более точно проверить этот принцип.