Автор: После модернизации NASA вернуло к работе квантовую лабораторию Cold Atom Lab на борту Международной космической станции. Это единственная в мире орбитальная установка для экспериментов с ультрахолодными атомами. В условиях микрогравитации на МКС охлаждённые атомы дольше проявляют свои квантовые свойства, позволяя учёным глубже изучать квантовый мир и наш мир с их помощью.
Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»
Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем
Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро
Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей
72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию
Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены
Оборудование размером примерно с мини-холодильник работает в автоматизированном режиме и управляется с Земли. Новый научный модуль был доставлен на МКС 11 апреля в рамках коммерческой грузовой миссии, а 8 мая астронавт Джессика Меир (Jessica Meir) завершила монтаж нового оборудования, включая оптические волокна и сопутствующие приборы.
Установка Cold Atom Lab охлаждает атомы почти до абсолютного нуля (до -273 °C) — области температур, где обычные представления о веществе перестают работать. В таких условиях предварительно испарённые при нагреве атомы рубидия или калия образуют конденсат Бозе—Эйнштейна: коллективное квантовое состояние множества атомов, которое рассматривают как пятое состояние вещества наряду с твёрдым телом, жидкостью, газом и плазмой.
В таком состоянии атомное облако ведёт себя не как набор отдельных частиц, каждая со своим квантовым состоянием, а как крупный квантовый объект, который чрезвычайно удобно изучать по сравнению с отдельными атомами. Кроме того, в условиях микрогравитации дольше проявляются волновые свойства частиц, включая облако атомов. Именно поэтому установка позволяет максимально подробно изучать эффекты, связанные с волновой природой материи, сверхточными измерениями времени, гравитации и движения.
Технически эксперимент начинается с нагрева металлических полосок рубидия или калия примерно до 400 °C, чтобы получить атомный газ в вакуумной камере. Затем лазеры, настроенные на строго заданные частоты, замедляют атомы, отбирая у них энергию колебаний и тем самым охлаждая облако. После лазерного охлаждения газ захватывается магнитной ловушкой, а ряд дальнейших манипуляций доводит атомное облако почти до неподвижного состояния. Микрогравитация при этом максимально увеличивает время его существования. На Земле такие облака быстро падают под действием силы тяжести, тогда как на орбите их можно изучать дольше, при более низких температурах и с более крупными квантовыми волнами.
Нынешняя модернизация стала уже четвёртой с момента доставки Cold Atom Lab на МКС в 2018 году. Среди главных новшеств — новая магнитная ловушка, позволяющая изменять форму квантовых газовых облаков и проверять различные свойства атомных систем, а также переработанные металлические источники атомного газа. Помимо непосредственных экспериментов с атомами, в NASA в принципе проверяют готовность квантовых технологий к работе в космосе. В перспективе такие разработки могут лечь в основу волновых интерферометров для изучения фундаментальной физики, навигации, синхронизации времени и гравитационного зондирования Земли, Луны и других планет Солнечной системы.
