Các nhà nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu vật chất ở 100 pico-Kelvin. Ở nhiệt độ thấp như vậy, các khái niệm thông thường về chất rắn, lỏng và khí không còn phù hợp.
Mọi người đều biết rằng không gian lạnh. Trong vùng vịnh rộng lớn giữa các ngôi sao và các thiên hà, nhiệt độ của vật chất khí thường giảm xuống 3 độ K, hoặc 454 độ dưới 0 độ Fahrenheit.
Nó sắp sửa lạnh hơn.
Các nhà nghiên cứu của NASA đang lên kế hoạch tạo ra điểm lạnh nhất trong vũ trụ được biết đến phía trong Trạm vũ trụ quốc tế (ISS).
Một trong những người khác, chúng tôi sẽ nghiên cứu vật chất ở nhiệt độ lạnh hơn nhiều so với tự nhiên. Anh ấy là nhà khoa học dự án cho Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh của NASA, một tủ lạnh nguyên tử, được chế tạo để phóng lên ISS vào năm 2016. Chúng tôi đặt mục tiêu đẩy nhiệt độ hiệu quả xuống tới 100 pico-Kelvin.
100 pico-Kelvin chỉ là một phần mười của một độ trên độ không tuyệt đối, trong đó mọi hoạt động nhiệt của các nguyên tử dừng lại trên lý thuyết. Ở nhiệt độ thấp như vậy, các khái niệm thông thường về chất rắn, lỏng và khí không còn phù hợp. Các nguyên tử tương tác ngay trên ngưỡng năng lượng bằng không tạo ra các dạng vật chất mới mà về cơ bản là lượng tử.
Cơ học lượng tử là một nhánh của vật lý mô tả các quy luật kỳ lạ của ánh sáng và vật chất trên quy mô nguyên tử. Ở cõi đó, vật chất có thể ở hai nơi cùng một lúc; các vật thể hoạt động như cả hạt và sóng; và không có gì là chắc chắn: thế giới lượng tử chạy theo xác suất.
Chính trong lĩnh vực kỳ lạ này, các nhà nghiên cứu sử dụng Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh sẽ lao xuống.
Bắt đầu, chúng tôi bắt đầu, người nói rằng, Thompson, bằng cách nghiên cứu về ngưng tụ Bose-Einstein.
Năm 1995, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nếu bạn lấy một vài triệu nguyên tử rubidium và làm nguội chúng gần bằng không, chúng sẽ hợp nhất thành một làn sóng vật chất. Bí quyết cũng có tác dụng với natri. Năm 2001, Eric Cornell của Viện Tiêu chuẩn & Công nghệ Quốc gia và Carl Wieman của Đại học Colorado đã chia sẻ giải thưởng Nobel với Wolfgang Ketterle của MIT vì phát hiện độc lập về các chất ngưng tụ này, mà Albert Einstein và Satyendra Bose đã dự đoán vào đầu thế kỷ 20 .
Nếu bạn tạo hai BEC và ghép chúng lại với nhau, chúng sẽ trộn lẫn như một loại khí thông thường. Thay vào đó, họ có thể giao thoa với nhau như sóng: các lớp vật chất mỏng, song song được ngăn cách bởi các lớp không gian trống mỏng. Một nguyên tử trong một BEC có thể tự thêm vào một nguyên tử trong một BEC khác và tạo ra - không có nguyên tử nào cả.
Phòng thí nghiệm Cold Atom Lab sẽ cho phép chúng ta nghiên cứu những vật thể này ở nhiệt độ thấp nhất từ trước đến nay.
Phòng thí nghiệm cũng là nơi các nhà nghiên cứu có thể trộn các khí nguyên tử siêu mát và xem điều gì sẽ xảy ra. Các hỗn hợp của các loại nguyên tử khác nhau có thể trôi nổi gần như hoàn toàn không bị nhiễu loạn, theo giải thích của Thompson, cho phép chúng ta thực hiện các phép đo nhạy cảm của các tương tác rất yếu. Điều này có thể dẫn đến việc phát hiện ra các hiện tượng lượng tử mới lạ và thú vị.
Trạm vũ trụ là nơi tốt nhất để thực hiện nghiên cứu này. Trọng lực cho phép các nhà nghiên cứu làm mát vật liệu đến nhiệt độ lạnh hơn nhiều so với có thể trên mặt đất.
Thompson giải thích tại sao:
Một số nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học mà khi một chất khí nở ra, nó nguội đi. Hầu hết chúng ta đều có kinh nghiệm thực tế với điều này. Nếu bạn xịt một bình xịt, thì có thể bị lạnh.
Khí lượng tử được làm mát theo nhiều cách giống nhau. Tuy nhiên, thay cho bình xịt, chúng ta có một bẫy từ.
Ở trên ISS, những cái bẫy này có thể trở nên rất yếu vì chúng không phải hỗ trợ các nguyên tử chống lại lực hấp dẫn. Bẫy yếu cho phép các khí mở rộng và làm mát đến nhiệt độ thấp hơn mức có thể trên mặt đất.
Không ai biết nghiên cứu cơ bản này sẽ dẫn đến đâu. Ngay cả các ứng dụng thực tế của Nv đã được liệt kê bởi các cảm biến lượng tử của Thompson, các giao thoa sóng vật chất và laser nguyên tử, chỉ để đặt tên cho một vài âm thanh giống như khoa học viễn tưởng. Anh nói chúng tôi chưa biết, anh nói.
Các nhà nghiên cứu như Thompson nghĩ về Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh như một cánh cửa bước vào thế giới lượng tử. Cánh cửa có thể xoay cả hai chiều? Nếu nhiệt độ xuống đủ thấp, thì chúng tôi có thể lắp ráp các gói sóng nguyên tử rộng bằng một sợi tóc người, đủ lớn để mắt người nhìn thấy. Một sinh vật vật lý lượng tử sẽ bước vào thế giới vĩ mô.
Và sau đó sự phấn khích thực sự bắt đầu.