Эксперимент провели на установке Cold Atom Physics Rack (CAPR), которая работает на китайской орбитальной станции «Тяньгун» с 2022 года. В установке атомы образуют конденсат Бозе — Эйнштейна. Подобно фотонам в лазерном луче, они собираются в единую макроскопическую квантовую волну и приобретают необычные свойства: например, текут без сопротивления и создают интерференционные картины. Такое состояние вещества предсказали Шатьендранат Бозе и Альберт Эйнштейн в 1924 году, но получить его удалось лишь в 1995-м.
На китайской космической станции получили самую низкую температуру в истории: 9,7 пикокельвина
Китайские физики охладили облако атомов рубидия на борту станции «Тяньгун» до 9,7 пикокельвина. Это меньше десяти триллионных долей градуса выше абсолютного нуля и вчетверо ниже прежнего рекорда. Эксперимент открывает новые возможности для проверки основ физики в космосе.
Визуализация космической станции «Тяньгун». CMSA
Самое холодное место во Вселенной — туманность Бумеранг в созвездии Центавра, примерно в 5000 световых лет от Земли. Ее температура около 1 кельвина, то есть ниже, чем у реликтового излучения (2,7 кельвина). Газ там остывает, потому что стремительно расширяется при выбросе из умирающей звезды. Но даже этот природный холод в сто миллиардов раз «теплее» конденсата, полученного на станции «Тяньгун».
Установка Cold Atom Physics Rack для исследований в области физики ультрахолодных атомов перед отправкой в космос.
Наземные установки охлаждают атомы примерно до 100 нанокельвинов. Дальше мешает гравитация: она прижимает частицы к удерживающему полю и тем самым нагревает их. Поэтому физики стали сбрасывать установки с башен, запускать их на ракетах, а затем вывели на орбиту. В 2020 году лаборатория NASA на МКС получила конденсат с температурой 52 пикокельвина. Работа исследователей из Пекинского университета и Шанхайского института оптики и точной механики опубликована в журнале Science.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Семь секунд предельного холода
Исследователи за работой.
Американская установка удерживает атомы магнитным полем, а китайская — двумя вложенными оптическими ловушками, где атомы притягиваются к точке пересечения мощных лазерных лучей. Около двух миллионов атомов рубидия поместили во внутреннюю ловушку шириной 54 микрометра и снизили мощность лазеров с 5 ватт до 0,2 милливатта. Самые энергичные атомы улетели, а оставшиеся 2000 остыли до 3 нанокельвинов. Затем облаку позволили расшириться во внешнюю ловушку шириной 124 микрометра. Взаимодействие атомов ослабло, и их скорость упала ниже 200 микрометров в секунду.
После выключения ловушки расширение облака удавалось отслеживать рекордные 7 секунд. «Когда-нибудь кто-то получит 10 пикокельвинов и на Земле, — говорит физик Хольгер Мюллер. — Но не на 7 секунд. На Земле это невозможно». Это идеальные условия для опытов, которые проверяют, одинаково ли гравитация притягивает разные атомы, как предполагает общая теория относительности. Следующая цель команды — оптические решетки для моделирования явлений, родственных высокотемпературной сверхпроводимости.
Загружаем