Пятое агрегатное состояние вещества впервые наблюдали в космосе

Конденсат Бозе — Эйнштейна — особое агрегатное состояние вещества, проявляющееся при сверхнизких температурах. Его основу составляют бозоны — частицы, множество которых может иметь одинаковое квантовое состояние. Все атомы при этом ведут себя как единый квантовый объект с общей волновой функцией.

Для физиков конденсат Бозе — Эйнштейна интересен в первую очередь тем, что позволяет наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне. Ученые полагают, что понимание этого пятого агрегатного состояния позволит объяснить тайну темной энергии — гипотетической формы энергии, ответственной за расширение Вселенной с ускорением.

Исследовать бозе-конденсаты на Земле — задача чрезвычайно трудная, так как удержать материю в нужном состоянии мешают температура окружающей среды и гравитация. Космос — гораздо лучшее место для этого. Сегодня команда ученых опубликовала в журнале Nature статью о наблюдениях бозе-конденсата на Международной космической станции.

В земных лабораториях материя пребывает в состоянии конденсата Бозе — Эйнштейна считаные миллисекунды. На борту МКС такое агрегатное состояние может сохраняться до нескольких секунд, что дает физикам беспрецедентные возможности для изучения его свойств. При этом эффективная температура опустилась практически до абсолютного нуля.

Группа исследователей под руководством Роберта Томпсона из Калифорнийского технологического института в Пасадене получила бозе-конденсат на автономной установке EXPRESS, которая была доставлена на МКС еще в 2018 году. Материалом для получения конденсата послужил рубидий.

Атомное облако cодержало порядка 49 тысяч атомов, примерно четверть из них составлял собственно конденсат. Это в три раза больше, чем физикам удавалось получить при помощи EXPRESS в экспериментах, проведенных на Земле. Измерение ширины сконденсировавшегося облака позволило оценить, что температура конденсата в захваченном состоянии составила 17 нанокельвинов.

Также ученым удалось наблюдать в конденсате группу атомов в немагнитном состоянии. В земных условиях такие атомы при получении бозе-конденсата из рубидия не образуются, а на МКС их можно обнаружить благодаря отсутствию гравитации.

Авторы работы уверены, что их результаты показывают преимущества изучения бозе-эйнштейновского конденсата в условиях постоянной невесомости. В ближайшем будущем ученые хотят получить при помощи установки EXPRESS необычные комбинации атомов в конденсате, а также исследовать его применимость для создания атомных сферических лазеров.

Ранее мы писали о том, как поведение нейтрино указало на возможное решение проблемы дефицита антиматерии во Вселенной, а сверхточные эксперименты позволили оценить гравитацию на дистанциях менее 50 микрометров и не обнаружили никаких следов свернутых измерений Вселенной.