Исследователи смогли охладить атомы до температуры, эквивалентной всего 9,7 триллионным долям кельвина (что соответствует −273,15 °C), приблизившись к пределу, известному как абсолютный ноль. Этот прорыв был достигнут на борту китайской космической станции «Тянгун» и открывает новые перспективы для экспериментов в области квантовой физики и создания высокоточных датчиков.
Согласно исследованию, опубликованному в научном журнале Science в эту пятницу (6-го числа), в эксперименте участвовало около 20 тысяч атомов рубидия. Ученым удалось снизить движение этих частиц до температуры, эквивалентной 9,7 пикокельвина (pK), что примерно в четыре раза ниже предыдущего рекорда в 38 пикокельвин.
Полученный результат также превосходит ранее установленную отметку в 52 пикокельвина, которая была зафиксирована в экспериментах, проведенных в Лаборатории холодных атомов NASA, расположенной на Международной космической станции (ISS).
Команда смогла отслеживать расширение облака атомов в течение семи секунд после его высвобождения. Этот промежуток времени является значительным шагом вперед по сравнению с двумя секундами, достигнутыми в предыдущем эксперименте, проведенном в башне свободного падения, и примерно одной секундой, зарегистрированной на ISS.
В результате был сформирован конденсат Бозе-Эйнштейна — состояние материи, при котором группа атомов начинает демонстрировать коллективное квантовое поведение, словно действуя как единое целое.
Экспериментальная установка, ответственная за этот успех, находится в модуле Мэнтянь станции «Тянгун». Оборудование было разработано для работы на орбите и включает в себя лазерные системы, оптические компоненты и контрольные приборы в компактной конструкции.
Абсолютный ноль равен −273,15 °C или нулю кельвинов и представляет собой теоретический нижний предел температуры. В этом состоянии тепловая энергия системы достигает своего минимально возможного значения. Пикокельвин — это чрезвычайно малая единица, равная одной триллионной доле кельвина; таким образом, зафиксированные 9,7 пикокельвина представляют температуру, исключительно близкую к этому пределу.
Важно отметить, что ученые не охлаждали всю космическую станцию или оборудование до этого состояния. Это число относится к энергии расширения облака атомов, рассчитанной на основе скорости рассеивания частиц после их высвобождения. Эта мера позволяет оценить эквивалентную температуру совокупности, поскольку традиционная термодинамическая температура не применима к данному типу эксперимента напрямую.
Чем меньше скорость расширения атомов, тем меньше кинетическая энергия, связанная с системой. Помимо установления нового рекорда, исследование открывает возможности для изучения еще недостаточно понятых квантовых явлений. Среди будущих применений — эксперименты с экзотическими состояниями материи, квантовое моделирование и разработка космических атомных интерферометров. Эти приборы используют волновые свойства атомов для проведения крайне точных измерений.
Одним из возможных направлений является использование этих инструментов для изучения гравитационного поля Земли и проверки фундаментальных принципов физики, включая принцип эквивалентности, связанный с тем, как различные тела реагируют на гравитацию. Исследователи также отмечают, что такие низкие температуры в сочетании с длительными периодами наблюдения могут помочь изучить квантовые явления, трудно обнаруживаемые в обычных условиях. Несмотря на перспективы, эти применения все еще зависят от новых экспериментов и разработки специализированных приборов. Текущий результат знаменует собой важный шаг в расширении возможностей квантовых исследований в космической среде.
