Учёные НАСА впервые дистанционно провели эксперимент по измерению квантовых состояний ультрахолодных атомов.
Благодаря невесомости, установленный на борту МКС квантовый прибор, достиг невероятной чувствительности. Используя его, инженеры смогут фиксировать перемещения масс воды и льда в земных океанах. Первым измерением установки стали вибрации космической станции, которые не удавалось засечь другими способами. Прибор зафиксировал, как станция дрожит, двигаясь по орбите.
Устройство НАСА Cold Atom Laboratory, размером с небольшой холодильник, охлаждает атомы до температур, близких к абсолютному нулю. Доставленный на орбиту в 2018 году, этот атомный интерферометр представляет собой новое направление в измерении различных физических величин и явлений, используя квантовые состояния ультрахолодных атомов.
Cold Atom Lab. Фото: НАСА
Как известно, элементарные частицы проявляют волновые свойства, что позволяет атомам двигаться одновременно по нескольким траекториям. Эти траектории подвержены влиянию гравитации и других сил, которые можно измерить, наблюдая за интерференцией волн — их рекомбинацией и взаимодействием. Чувствительность таких датчиков достигает такого уровня, что они способны улавливать гравитационные колебания планет и спутников, предоставляя информацию о плотности и составе пород, а также могут обнаруживать ещё не открытые объекты.
Сильное охлаждение атомов приводит к тому, что они переходят в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна, где большие скопления атомов начинают вести себя как единое целое, обладая одинаковыми квантовыми состояниями. Это позволяет наблюдать квантовые явления в макромире, что упрощает измерения квантовых состояний атомов.
Эксперименты НАСА с использованием датчиков на ультрахолодных атомах имеют огромный потенциал, выходящий далеко за пределы измерения вибраций космической станции, которые могут стать помехой для дальнейших исследований. Первый квантовый датчик в условиях невесомости поможет в планетарных исследованиях, изучении климата Земли, поиске источников тёмной материи и тёмной энергии, а также в проверке Общей теории относительности Эйнштейна.
