נאס"א עושה מצב חמישי של חומר במסלול

לפעמים קל להתעלם מהעובדה שתחנת החלל הבינלאומית (ISS) היא מעבדה ענקית שבה מדענים לומדים הכל מביולוגיה ועד פיזיקה – אבל בחלל. המשאב יוצא הדופן הזה מאפשר מחקר יוצא דופן – כמו יצירת מצב חמישי של חומר במרחב.

באחרונה הַצהָרָהנאס"א הודיעה על השקת העדכון הרביעי ל- מעבדת אטום קרהמתקן "יחיד במינו" לחקר תורת הקוונטים ויישומים. המעבדה היא בערך בגודל של מקרר קטן ופועלת בטמפרטורות מתחת ל-459 מעלות פרנהייט (-273 מעלות צלזיוס). עם הגורם הנוסף של מיקרו-כבידה, התנאים של המעבדה אידיאליים לחקר עצם קוונטי הנקרא עיבוי Bose-Einstein – מצב "חמישי" של חומר מעבר למוצקים, נוזלים, גזים ופלזמה.

"במאה הקודמת, הייתה מהפכה קוונטית שהובילה ללייזרים, טלפונים סלולריים ו-MRI להדמיה רפואית", אמר איתן אליוט, סגן מדען הפרויקט של Cold Atom Lab במעבדת ההנעה הסילון של נאס"א (JPL), בהצהרה. "אנחנו מבצעים קוונטים 2.0 – מניפולציה ישירה של מצבים קוונטיים גדולים – ואנו מקווים להישגים דומים בטכנולוגיה הקוונטית על ידי קידום המדע הזה במסלול."

פיסיקה זוכת נובל

בשנת 1924, אלברט איינשטיין חזה שבטמפרטורות כמעט אפס מוחלטות, אטומים נפרדים יתגבשו לישות קוונטית אחת המתוארת על ידי פונקציות גלים. איינשטיין בנה על ניסוחים קוונטיים של הפיזיקאי ההודי סאטנדרה נאת' בוזה. לפיכך, הרעיון זכה לכינוי קונדנסט Bose-Instein.

עם זאת, יצירה ותחזוקה של מדינות אלה התבררה כקשה, ורק בשנת 1995 הצליחו החוקרים לממש את מעבות Bose-Instein. (פיזיקאים אלה זכו יחד בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2001 על הישג זה.) כשהקונדנסטים הפכו למציאות, הבינו מדענים גם שהמערכות הנדירות קשורות לשתי תופעות קריטיות של טמפרטורות נמוכות: נזילות-על (תנועת נוזל עם אפס חיכוך) ועל-מוליכות (תנועת אלקטרונים עם אפס).

קר וצף

המטרה של מעבדת Cold Atom היא להבין טוב יותר את המאפיינים הללו, שכן חומרים על-נוזליים ומוליכי-על יהיו המפתח ליצירת טכנולוגיות קוונטיות מהדור הבא. המעבדה ממנפת את האופן שבו המיקרו-כבידה של מסלול נמוך של כדור הארץ מגבירה את פונקציות הגלים שנוצרו על ידי הקונדנסטים. לפי נאס"א, תנאים אלה מאפשרים לחוקרים לחקור גלים קוונטיים גדולים יותר למשך זמן ארוך יותר בהשוואה למעבדות הקשורות לכדור הארץ.

"חומר אולטרה-קרדי יכול להתנהג בדרכים שאינן רק בלתי צפויות אלא גם מאפשרות מדידות מדויקות ביותר של זמן, כוח משיכה ותנועה", אמר ג'ייסון וויליאמס, מדען JPL המזוהה עם מעבדת Cold Atom. "למעבדה יש ​​המון כלים – במיוחד עם השדרוג האחרון הזה – כדי לאפשר לנו לחקור את טבע היקום."

כל ניסוי פועל על אוסף מכשירים הנקרא מודול המדע. ראשית, החוקרים מחממים רצועה של מתכת רובידיום או אשלגן עד ל-740 מעלות צלזיוס (400 מעלות צלזיוס), הממלאת תא ואקום בגז. ואז לייזרים יורים לעבר הגז, שמנקז אנרגיה מאטומי הגז ומצננים אותם. לבסוף, מלכודת מגנטית מחזיקה את הגז במקומו, ולאחר מכן חוקרים מיישמים מגע אחרון כדי להפחית עוד יותר את הטמפרטורה, "מקרב אותו לעצירה וממקסם את הזמן שלו במיקרו-כבידה", הסביר נאס"א.

"זה הדבר הכי קרוב שיש לנו לשלוט על הגבול של העולם הקוונטי", אמר כמאל אודרירי, מנהל פרויקטים של Cold Atom Lab. "השדרוג החדש הזה דוחף את הגבול הזה עוד יותר."