Най-студената изкуствена материя в историята е създадена на борда на Китайската орбитална станция

Температурата на атомния облак достигна 9,7 пикокелвина - почти четири пъти по-ниска от предишния рекорд. С помощта на лазери проба рубидий е охладен до почти абсолютната нула, а микрогравитацията е позволила наблюдение на атомния облак в продължение на седем секунди.

Китайски учени са охладили облак от рубидиеви атоми до температура 9,7 пиокелвина и я задържат стабилна в продължение на 7 секунди. Това е най-ниската температура, достигана някога от хората, съобщава Global Times.

Предишният рекорд е 38 пиокелвина, поставен от германски екип през 2021 г. Експериментът е проведен на китайската космическа станция в Изследователския център за ултрастудни атоми.

Статията за постижението е публикувана в списание Science.

Температурата на облака е била само 9,7 трилиона от градуса над абсолютната нула - теоретичната минимална температура, която съответства на приблизително -273,15 градуса по Целзий. Близо до тази граница топлинното движение на атомите се забавя рязко и квантовите ефекти стават забележими в макромащаб.

Лазерно и нулево гравитационно охлаждане

Изследователите са задържали облака в изцяло оптичен капан и след това са намалили интензитета на лазера. Това позволило допълнително охлаждане на атомите чрез изпаряване. В последния етап екипът е използвал метод за дълбоко охлаждане, наречен неадиабатна дифузия.

Според авторите тази схема е по-сложна от обичайния подход с магнитен капан, но е по-малко податлива на магнитни смущения, позволява по-прецизен контрол на експеримента в пространството и предлага по-големи възможности за оптичен достъп. Това я прави съвместима с по-широк спектър от квантови симулационни експерименти.

В условията на микрогравитация атомите могат да бъдат задържани с по-слаб капан, което позволява по-ниски температури и по-дълго време за наблюдение. Времето за наблюдение в наземни експерименти е приблизително 0,05 секунди, на Международната космическа станция (МКС) около секунда, а в новия експеримент достигна седем секунди.

Как лабораторията се вписва в станцията

Подготовката на проекта започна през 2011 г., а експерименталната система е доставена в орбита заедно с модула Мънтиен (Mengtian) през 2022 г.

Инженерите е трябвало да намалят мащаба на инсталацията, чийто наземен аналог е заемал приблизително 20 кубически метра и е тежал 10 тона. Космическата версия е поместена в бокс с обем 0,7 кубически метра и тегло половин тон. За да постигнат това, изследователите са се справили с трудности, свързани с ултрависок вакуум, мощни влакнести лазери, дългосрочна стабилизация на честотата и прецизна интеграция на оптика.

Защо са необходими ултрастудени атоми?

Когато се охладят, квантовите явления са по-лесни за наблюдение и контрол . Такава система може да служи като платформа за изучаване на фазови преходи, неравновесна динамика и взаимодействия между множество частици.

Резултатите биха могли да подпомогнат разработването на високопрецизни атомни часовници, инерционни измервания, базирани на атомна интерферометрия, и квантови изчисления. Сред възможните области на изследване учените посочват моделирането на ранната Вселена и търсенето на ултралека тъмна материя.

Представители на програмата са поканили изследователи от различни страни да използват съоръжението в китайската станция.

Справка: Wei Xiong et al., Quantum gases below 10 picokelvin in space; Science 0, eaea5324; DOI: 10.1126/science.aea5324

Източник: China creates the coldest man-made matter ever aboard the China Space Station, Global Times

Още по темата

29/05/2025

Физика

Открити са едномерни ениони. Екзотичните квазичастици са в най-студените места на Вселената

23/06/2020

Земята

Регистрирани са рекордните 38° C в най-студения регион на Сибир (видео)

30/08/2017

Физика

Получено е най-студеното вещество във Вселената

07/06/2017

Космос

Защо мъглявината Бумеранг е най-студеното място във Вселената