Учёные охладили атомы до рекордных 10 пикокельвинов в космосе

Учёные охладили коллекцию атомов до примерно 10 пикокельвинов, или 10 триллионных долей кельвина, что стало новым рекордом низкой температуры. Это достижение было сообщено 5 ноября в журнале Science. Атомы образовали конденсат Бозе-Эйнштейна, квантовое состояние вещества, более холодное, чем любое ранее зарегистрированное.

Чтобы достичь этой беспрецедентной температуры, исследователи провели эксперимент в космосе. Атомы вращались вокруг Земли на борту китайской космической станции Тяньгун, где с помощью лазерных ловушек были удержаны 20 000 атомов рубидия и снижена их подвижность, что позволило их охладить. На атомном уровне температура связана с движением: при снижении температуры атомы и молекулы вокруг нас движутся медленнее.

На Земле гравитационные силы могут вызывать провисание облаков атомов, что снижает эффективность охлаждения. Однако в условиях микрогравитации космической станции атомы испытывали кажущееся отсутствие веса, что позволяло более эффективно охлаждать их.

Создание конденсата Бозе-Эйнштена включает охлаждение неупорядоченной группы атомов до тех пор, пока они не займут одно и то же квантовое состояние, ведя себя как единое целое. Экспериментируя с ультрахолодными атомами, исследователи могут изучать экзотические состояния вещества и исследовать фундаментальные концепции физики, такие как принцип эквивалентности, который объясняет, почему объекты с разной массой падают с одинаковой скоростью в вакууме.

Ранее конденсаты Бозе-Эйнштена были созданы на Международной космической станции при эффективных температурах до 52 пикокельвинов. Эксперимент на Земле, в котором атомы сбрасывались с башни для индукции невесомости, достиг 38 пикокельвинов. Однако эксперименты с падением ограничены временем свободного падения, что не является проблемой для экспериментов в орбите. Таким образом, потенциал для изучения холодных атомов в космосе значительно увеличивается.