Kwantowe bąble lewitują na orbicie
Chodzi o działające od 2018 r. eksperymentalne laboratorium fizyczne o nazwie Cold Atom Laboratory, czyli CAL (Laboratorium Zimnych Atomów). Zbudowali je spece z Jet Propulsion Laboratory (NASA) i z California Institute of Technology. Umieścili w nim komorę próżniową, lasery i pułapkę elektromagnetyczną, która utrzymuje gaz atomowy z dala jego od ścianek.
W tym urządzeniu wielkości małej domowej lodówki, atomy rubidu i potasu zostają schłodzone do temperatury jednej milionowej stopnia Kelvina (tak zimne miejsca w kosmosie nie występują; dla przypomnienia: temperatura zera bezwzględnego, czyli 0 K to –273,15°C). Tę ekstremalnie niską temperaturę atomów osiąga się w wyniku spowalniania ich ruchu (pędu) za pomocą impulsów laserowych (w CAL poruszają się 200 tysięcy razy wolniej niż w temperaturze pokojowej). Atomy są następnie więzione i kształtowane w bąble różnych kształtów w pułapce pól magnetycznych.
Kiedy atomy gazu ulegają tak wielkiemu schłodzeniu, powstaje z nich tzw. kondensat Bosego-Einsteina. To egzotyczny stan materii, nazywany też „piątym stanem skupienia” (obok gazów, cieczy, ciał stałych oraz plazmy), w którym osiąga ona nadciekłość, czyli zanika w niej lepkość. W tym stanie wszystkie atomy zachowują się jak jeden, spektakularnie ujawniając swoją drugą twarz – falową. A to pozwala eksplorować słabo poznane zjawiska mechaniki kwantowej. Najnowsze, przełomowe wyniki tych badań publikuje „Nature”. Dzięki nim wiadomo już, że pomysł prowadzenia tego typu działań na orbicie ma sens i że jest wykonalny.
Od 1995 r. kondensaty Bosego-Einsteina udało się na Ziemi uzyskać dla wielu pierwiastków. Nigdy jednak nie osiągnięto aż tak niskich temperatur, jak w Cold Atom Laboratory na ISS. Poza tym, ziemskie eksperymenty cierpią z powodu grawitacji, zakłócającej ewolucję układu. Na orbicie okołoziemskiej, w warunkach mikrograwitacji, mogą trwać znacznie dłużej – kilka, a nawet 10 sekund. Co ciekawe – sterowane są z Ziemi, z kalifornijskiej siedziby JPL.
Niektórzy naukowcy uważają, że kondensat Bosego-Einsteina będzie skutecznie wykorzystany do budowy komputerów kwantowych. Przypuszczają, że wielkości fizyczne takie, jak np. stała grawitacyjna, zostaną zmierzone precyzyjniej, jeśli pomiarów dokona się, używając atomów w stanie nadciekłości. A to z kolei ułatwi ustalenie, czym jest ciemna energia odpowiadająca za to, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej.