تولید گازهای کوانتومی دو اتمی در فضا برای اولین بار

نقطه عطف قابل توجهی در حوزه شیمی کوانتومی به دست آمده است.

تاسیسات آزمایشگاه اتم سرد در ایستگاه فضایی بین‌المللی(ISS) برای اولین بار در فضا با موفقیت یک گاز کوانتومی متشکل از دو نوع اتم مجزا تولید کرد.

پژوهشگران آزمایش‌هایی را از راه دور انجام دادند و شرایط را برای ایجاد میعانات بوز-اینشتین دستکاری کردند. این یک حالت کوانتومی منحصر به فرد از ماده است که از خنک کردن یک گاز اتمی تا دمای نزدیک به صفر مطلق یا در حدود منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد (۴۵۹.۶۷- درجه فارنهایت) ایجاد می‌شود.

اتم‌های منفرد داخل گاز در چنین دماهای پایینی هویت منحصر به فرد خود را از دست می‌دهند و به عنوان یک موجودیت منسجم رفتار می‌کنند.

این آزمایش موفقیت‌آمیز با تلاش‌های مشترک یک تیم بین‌المللی از دانشمندان چندین دانشگاه از جمله دانشگاه روچستر و دانشگاه لایبنیتس هانوفر(LUH) امکان‌پذیر شد. آنها محاسبات نظری ضروری را برای دستیابی به این شاهکار انجام دادند.

چنین آزمایشاتی می‌تواند راه را برای توسعه فناوری‌های کوانتومی جدید مبتنی بر فضا هموار کند. ابزارهای کوانتومی در محصولات مختلفی از جمله تلفن‌های همراه، سیستم‌های GPS و دستگاه‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

علاوه بر این، همانطور که در بیانیه مطبوعاتی آمده است، می‌تواند به مسیریابی بین سیارات و همچنین کمک به حل اسرار جهان و تعمیق درک ما از قوانین اساسی طبیعت کمک کند.

این پیشرفت، زمینه را برای انجام مطالعات و آزمایش‌های جامع‌تر در محیط ریزگرانش، به‌ویژه در شیمی کوانتومی فراهم کرده است. این رشته علمی بر برهمکنش‌ها و ترکیبات انواع مختلف اتم‌ها در حالت کوانتومی تمرکز دارد.

نیکلاس بیگلا، مدیر کنسرسیوم اتم‌های فوق سرد در فضا که توسط ناسا تأمین مالی می‌شود، می‌گوید: چیزهای زیادی در فیزیک بنیادی وجود دارد که قرار گرفتن در حضور گرانش در واقع میزان دقیق اندازه‌گیری را محدود می‌کند.

وی افزود: حذف جاذبه به شما این امکان را می‌دهد که زمان مشاهده بسیار طولانی‌تری داشته باشید تا دقت بیشتری در اندازه‌گیری داشته باشید و همچنین به شما امکان می‌دهد اثرات ظریفی را مشاهده کنید که ممکن است توسط گرانش پنهان شوند.

پتانسیل افشای انرژی تاریک گریزان

این تاسیسات پیشرفته این پتانسیل را دارد که اطلاعات بیشتری در مورد ماهیت گریزان انرژی تاریک که عاملی حیاتی برای انبساط کیهان است، آشکار کند. با کمال تعجب، این نیروی مرموز حدود ۶۸ درصد از جهان را تشکیل می‌دهد، اما با وجود اهمیت آن، چیزهای زیادی در مورد آن ناشناخته باقی مانده است.

هدف دانشمندان این است که از این آزمایشگاه مداری برای انجام آزمایش‌هایی بر اساس تداخل‌سنج‌های دو اتمی و گازهای کوانتومی استفاده کنند. هدف، دستیابی به اندازه‌گیری‌های گرانشی با دقت بالاست که بینش‌هایی را در مورد ویژگی‌های انرژی تاریک ارائه می‌دهد.

بینش‌های به ‌دست‌ آمده از این آزمایش‌ها به‌طور بالقوه می‌تواند باعث توسعه حسگرهای دقیق قابل استفاده در طیف متنوعی از زمینه‌ها شود.

بیگلا می‌گوید: ما می‌توانیم حسگرهایی بسازیم که به چرخش‌های کوچک بسیار حساس هستند و اساساً از این اتم‌های سرد در میعانات بوز-اینشتین برای ساخت ژیروسکوپ استفاده می‌کنند. این ژیروسکوپ‌ها می‌توانند یک نقطه مرجع ثابت در فضا به ما بدهند که می‌تواند برای مسیریابی در اعماق فضا استفاده شود.

وی افزود: ما همچنین در حال توسعه چیزهایی هستیم که می‌توانند به ساعت‌های بهتر در فضا منجر شوند که برای بسیاری از چیزها در زندگی مدرن مانند اینترنت پرسرعت و GPS بسیار مهم است.

این یافته‌ها در مجله Nature منتشر شده است.