Stindzinošais aukstums
Publicēts: 2.02.2014
Kosmosā ir auksti. Par to šaubu nav. Starpzvaigžņu un starpgalaktiskajā telpā gāzes temperatūra noslīd līdz aptuveni 3 grādiem pēc Kelvina (-270,15 grādi pēc Celsija). Pavisam drīz tur kļūs vēl aukstāk. Un šis aukstums, kurā teorētiski apstājas atomu termālā aktivitāte, nebūs tālu jāmeklē. Tas uzradīsies aptuveni 400 kilometru augstumā virs Zemes, jo NASA zinātnieki plāno radīt šādu vidi Starptautiskajā kosmiskajā stacijā.
"Mēs pētīsim matēriju temperatūrās, kas ir daudz zemākas nekā dabā sastopamās," pastāstīja Robs Tompsons no NASA Reaktīvo dzinēju laboratorijas (JPL), kurš ir vadošais pētnieks jaunajā NASA projektā Cold Atom Lab (Aukstā atomu laboratorija).
"Mēs plānojam pazemināt efektīvo temperatūru līdz 100 pikokelviniem," piebilda zinātnieks.
Atomu "ledusskapis" uz Starptautisko kosmisko staciju dosies jau 2016. gadā.
100 pikokelvini ir temperatūra, kurā teorētiski apstājas atomu termālā aktivitāte. Tik zemā temperatūrā mūsu tradicionālie priekšstati par matērijas agregātstāvokļiem - ciets, šķidrs un gāzveida, vairs nedarbojas. Atomi, kas mijiedarbojas šādā temperatūrā rada pavisam jaunas matērijas formas, kas ir aprakstāmas ar kvantu mehānikas palīdzību.
Kvantu mehānika ir fizikas nozare, kas apraksta gaismas un matērijas neparasto uzvedību mikroskopiskos, atomu psaules mērogos. Šajā vidē objekts var būt gan vilnis, gan daļiņa, nekas nav noteikts. Kvantu pasaulē valda varbūtība.
Tieši šajā neparastajā pasaulē zinātnieki cer nokļūt ar Aukstās atomu laboratorijas palīdzību.
"Mēs sāksim ar Bozes-Einšteina kondensātu izpēti," paskaidroja Tompsons.
1995. gadā zinātnieki atklāja, ka, paņemot dažus miljonus rubīdija atomu un atdzesējot līdz temperatūrai, kas ir tuva absolūtajai nullei, tie apvienojas vienā matērijas vilnī. Tas izdevās arī ar nātrija atomiem. Par neparasto kondensātu atklāšanu Ērikam Kornelam, Karlam Vīmanam un Volfgangam Keterlam 2001. gadā piešķīra Nobela prēmiju fizikā. 20. gadsimta sākumā savienojumu eksistenci bija paredzējuši Alberts Einšteins un Šatendranats Boze.
Ja tiek radīti divi Bozes-Einšteina kondensāti (BEK) un salikti kopā, tie nesajaucas kā parasta gāze. Tie mijiedarbojas kā viļņi - plāni, paralēli novietoti matērijas slāņi, kurus atdala niecīgi tukšuma slāņi. Atoms no viena BEK var apvienoties ar atomu no otra BEK un izveidot pavisam ne atomu.
"Aukstā atomu laboratorija mums ļaus pētīt šos objektus līdz šim viszemākajās temperatūrās," teica Tompsons.
Laboratorijā zinātnieki varēs eksperimentēt arī ar ļoti aukstu atomu gāzu maisījumiem.
"Dažādu atomu maisījumi var lidināties kopā bez perturbācijām," skaidroja Tompsons. "Tādejādi mēs varēsim analizēt ļoti vājas mijiedarbības, kas nozīmē, ka varētu tikt atklāti interesanti kvantu fenomeni."
Kosmiskā stacija ir ideāla vieta, kur veikt šādus eksperimentus, jo mikrogravitācija ļauj iegūt daudz zemākas temperatūras nekā uz Zemes.
"Tas ir viens no termodinamikas principiem, ka gāzei izplešoties, tā atdziest. Lielākā daļa no mums ar to ir saskārušies personīgi. Piemēram, izsmidzinot aerosolu, tvertne kļūst auksta," piebilda Tompsons.
Kvantu gāzes tiek atdzesētas līdzīgi, lai gan aerosola tvertnes vietā ir īpašas magnētiskās lamatas.
"Starptautiskajā kosmiskajā stacijā šīs lamatas var būt daudz vājākas, jo tām gandrīz nemaz nav jānodrošina atomu pretestību gravitācijas spēkiem. Vājākas lamatas ļauj gāzei izplesties un atdzist līdz daudz zemākām temperatūrām nekā iespējams uz Zemes," turpināja Tompsons.
Šobrīd nav zināms, kādi būs eksperimenta rezultāti. Pat praktiskie pielietojumi, kurus uzskaitīja Tompsons - kvantu sensori, matērijas viļņu iterferometri un atomu lāzeri, izklausās pēc zinātniskās fantastikas.
"Mēs iesoļosim nezināmajā," Tompsons ir pārliecināts.
Viņam līdzīgi domājošie uzskata, ka šis eksperiments ir durvis uz kvantu pasauli. Vai tās var tikt atvērtas abos virzienos? Kā pastāstīja Tompsons, tad, ja temperatūru izdosies pazemināt pietiekami, "mēs varēsim izveidot atomu viļņus, kas būs tik resni kā cilvēka mats, kas jau ir liels objekts, kuru var ieraudzīt ar neapbruņotu aci."
Tad kvantu fizikas pasaules radījums būs ienācis makroskopiskajā pasaulē. Tas būs patiesi aizraujoši.
NASA
Komentāri
mincis tieši 2.02.2014 domāja šādi:
Šis vairāk izklausās pēc kvantu pasaules efektu jaunu vizualizācijas iespēju.