Trạng thái thứ năm của vật chất được tạo ra trên Trạm vũ trụ quốc tế
Một trạng thái vật chất thứ năm đã được tạo ra trong không gian, với các nhà khoa học sản xuất khí ngưng tụ Bose-Einstein trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) trong thí nghiệm Cold Atom Lab.
Ngưng tụ Bose-Einstein là trạng thái vật chất hình thành khi một nhóm các nguyên tử tụ lại với nhau khi được làm lạnh đến độ không tuyệt đối (-459,67 F). Ở trạng thái này, các nguyên tử có tính chất lượng tử và cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ học lượng tử. Sản xuất chúng và nghiên cứu chúng trên Trái đất, tuy nhiên, rất khó vì trọng lực.
Một ngưng tụ Bose mật Einstein là một trạng thái của vật chất được hình thành khi một loại khí boson (như nguyên tử rubidium) được làm lạnh gần bằng không. Ở nhiệt độ thấp này, các nguyên tử trở thành một thực thể duy nhất có tính chất lượng tử. Bose mật Einstein ngưng tụ ranh giới giữa thế giới vi mô, chịu sự chi phối của cơ học lượng tử và thế giới vĩ mô, chi phối bởi vật lý cổ điển. Như vậy, họ có thể đưa ra những hiểu biết cơ bản về cơ học lượng tử, nhưng việc đo lường chúng chính xác bị cản trở bởi trọng lực. Lực này phá vỡ các từ trường cần thiết để giữ chúng ở trạng thái ổn định để nghiên cứu. Trong không gian, với trọng lực ít hơn, đây là vấn đề ít hơn nhiều.
ĐỌC THÊM
Các neutrino làm dấy lên các tuyên bố vũ trụ song song có thể có lời giải thích đơn giản
Ứng cử viên tối tân mới được phát hiện ra Ngôi sao D có thể giải thích Bigges của Universe
Thí nghiệm Gamma Ray trên núi lửa đã tuyệt chủng cho thấy tốc độ ánh sáng là không đổi
"Đây thực sự là điều tôi đã cố gắng thực hiện trong khoảng 23 năm nay", Robert Thompson, từ Viện Công nghệ California, nói với Newsweek trong một email.
Thompson là một trong những tác giả của một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature mô tả các thí nghiệm trên ISS. Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh sử dụng một số công đoạn làm lạnh để tạo ra nước ngưng Bose của Einstein. Laser được sử dụng để làm mát các nguyên tử từ nhiệt độ phòng xuống khoảng một phần triệu độ trên độ không tuyệt đối. Từ đây, các nguyên tử được chuyển vào một cái bẫy từ tính, nơi những cái nóng nhất được kéo ra. Cái bẫy sau đó được mở rộng, làm lạnh các nguyên tử hơn nữa.
Sau khi tạo ra các ngưng tụ Bose-Einstein, họ có thể so sánh cách chúng hành xử trong vi trọng lực và cách thức này so sánh với những thứ được tạo ra trên Trái đất. Các phát hiện cho thấy ngưng tụ ISS Bose-Einstein có thể được quan sát trong hơn một giây. Thời gian này dài hơn nhiều so với trên Trái đất, nơi chúng chỉ kéo dài hàng chục mili giây.
Bằng cách có thể quan sát chúng lâu hơn, các nhà khoa học sẽ có thể thực hiện các phép đo tốt hơn về chúng. Điều này sẽ giúp với việc nghiên cứu các khí nguyên tử cực lớn, cũng như sự hiểu biết của chúng ta về vật lý cơ bản.
Thompson cho biết nhiều thí nghiệm được lên kế hoạch cho Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh. Điều này bao gồm việc tạo ra các ngưng tụ "bong bóng" hình cầu mà chỉ có thể quan sát được trong không gian ", cũng như xem xét các đặc điểm va chạm của các vật thể lượng tử. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ tìm cách kiểm tra thuyết tương đối của Einstein để loại trừ một số ứng cử viên nhất định cho vật chất tối. Hình thức vật chất vô hình được cho là chiếm khoảng 25% vũ trụ và năng lượng tối, được cho là thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ .
"Một số ứng cử viên có thể cho cả vật chất tối và năng lượng tối có khả năng có thể được quan sát bằng giao thoa kế nguyên tử", ông Thompson nói. "Một trong những thí nghiệm PI được lên kế hoạch của chúng tôi ... nhằm mục đích tìm kiếm dấu hiệu của một ứng cử viên cụ thể cho năng lượng tối, cụ thể là trường tắc kè hoa, có khối lượng hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào mật độ năng lượng gần đó, và do đó sẽ trải qua gia tốc khác nhau nếu nó gần một vật thể lớn như cạnh của buồng chân không. Điều này có thể được đo chính xác bằng giao thoa kế nguyên tử, với độ nhạy được tăng cường vì vi trọng lực cho phép các nguyên tử nán lại gần bề mặt trong thời gian dài. "
Ông cho biết nhóm nghiên cứu gần đây cũng đã quan sát giao thoa kế nguyên tử đầu tiên trong không gian. Trong thí nghiệm, một xung laser được sử dụng làm bộ tách chùm tia vì vậy "mỗi nguyên tử riêng lẻ có hiệu quả ở hai nơi cùng một lúc". Các xung sau đó được sử dụng để kết hợp lại các nguyên tử.
Điều này, Thompson cho biết, sẽ tạo thành cơ sở của một thế hệ cảm biến lượng tử chính xác mới. "Đây là giao thoa kế sóng vật chất đầu tiên từng được chứng minh trong không gian và báo trước một tương lai trong đó các cảm biến lượng tử trên không gian trở thành công cụ được sử dụng rộng rãi cho các nhà khoa học muốn khám phá vũ trụ", ông nói.
Ngưng tụ Bose-Einstein là trạng thái vật chất hình thành khi một nhóm các nguyên tử tụ lại với nhau khi được làm lạnh đến độ không tuyệt đối (-459,67 F). Ở trạng thái này, các nguyên tử có tính chất lượng tử và cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ học lượng tử. Sản xuất chúng và nghiên cứu chúng trên Trái đất, tuy nhiên, rất khó vì trọng lực.
Một ngưng tụ Bose mật Einstein là một trạng thái của vật chất được hình thành khi một loại khí boson (như nguyên tử rubidium) được làm lạnh gần bằng không. Ở nhiệt độ thấp này, các nguyên tử trở thành một thực thể duy nhất có tính chất lượng tử. Bose mật Einstein ngưng tụ ranh giới giữa thế giới vi mô, chịu sự chi phối của cơ học lượng tử và thế giới vĩ mô, chi phối bởi vật lý cổ điển. Như vậy, họ có thể đưa ra những hiểu biết cơ bản về cơ học lượng tử, nhưng việc đo lường chúng chính xác bị cản trở bởi trọng lực. Lực này phá vỡ các từ trường cần thiết để giữ chúng ở trạng thái ổn định để nghiên cứu. Trong không gian, với trọng lực ít hơn, đây là vấn đề ít hơn nhiều.
ĐỌC THÊM
Các neutrino làm dấy lên các tuyên bố vũ trụ song song có thể có lời giải thích đơn giản
Ứng cử viên tối tân mới được phát hiện ra Ngôi sao D có thể giải thích Bigges của Universe
Thí nghiệm Gamma Ray trên núi lửa đã tuyệt chủng cho thấy tốc độ ánh sáng là không đổi
"Đây thực sự là điều tôi đã cố gắng thực hiện trong khoảng 23 năm nay", Robert Thompson, từ Viện Công nghệ California, nói với Newsweek trong một email.
Thompson là một trong những tác giả của một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature mô tả các thí nghiệm trên ISS. Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh sử dụng một số công đoạn làm lạnh để tạo ra nước ngưng Bose của Einstein. Laser được sử dụng để làm mát các nguyên tử từ nhiệt độ phòng xuống khoảng một phần triệu độ trên độ không tuyệt đối. Từ đây, các nguyên tử được chuyển vào một cái bẫy từ tính, nơi những cái nóng nhất được kéo ra. Cái bẫy sau đó được mở rộng, làm lạnh các nguyên tử hơn nữa.
Sau khi tạo ra các ngưng tụ Bose-Einstein, họ có thể so sánh cách chúng hành xử trong vi trọng lực và cách thức này so sánh với những thứ được tạo ra trên Trái đất. Các phát hiện cho thấy ngưng tụ ISS Bose-Einstein có thể được quan sát trong hơn một giây. Thời gian này dài hơn nhiều so với trên Trái đất, nơi chúng chỉ kéo dài hàng chục mili giây.
Bằng cách có thể quan sát chúng lâu hơn, các nhà khoa học sẽ có thể thực hiện các phép đo tốt hơn về chúng. Điều này sẽ giúp với việc nghiên cứu các khí nguyên tử cực lớn, cũng như sự hiểu biết của chúng ta về vật lý cơ bản.
Thompson cho biết nhiều thí nghiệm được lên kế hoạch cho Phòng thí nghiệm nguyên tử lạnh. Điều này bao gồm việc tạo ra các ngưng tụ "bong bóng" hình cầu mà chỉ có thể quan sát được trong không gian ", cũng như xem xét các đặc điểm va chạm của các vật thể lượng tử. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ tìm cách kiểm tra thuyết tương đối của Einstein để loại trừ một số ứng cử viên nhất định cho vật chất tối. Hình thức vật chất vô hình được cho là chiếm khoảng 25% vũ trụ và năng lượng tối, được cho là thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ .
"Một số ứng cử viên có thể cho cả vật chất tối và năng lượng tối có khả năng có thể được quan sát bằng giao thoa kế nguyên tử", ông Thompson nói. "Một trong những thí nghiệm PI được lên kế hoạch của chúng tôi ... nhằm mục đích tìm kiếm dấu hiệu của một ứng cử viên cụ thể cho năng lượng tối, cụ thể là trường tắc kè hoa, có khối lượng hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào mật độ năng lượng gần đó, và do đó sẽ trải qua gia tốc khác nhau nếu nó gần một vật thể lớn như cạnh của buồng chân không. Điều này có thể được đo chính xác bằng giao thoa kế nguyên tử, với độ nhạy được tăng cường vì vi trọng lực cho phép các nguyên tử nán lại gần bề mặt trong thời gian dài. "
Ông cho biết nhóm nghiên cứu gần đây cũng đã quan sát giao thoa kế nguyên tử đầu tiên trong không gian. Trong thí nghiệm, một xung laser được sử dụng làm bộ tách chùm tia vì vậy "mỗi nguyên tử riêng lẻ có hiệu quả ở hai nơi cùng một lúc". Các xung sau đó được sử dụng để kết hợp lại các nguyên tử.
Điều này, Thompson cho biết, sẽ tạo thành cơ sở của một thế hệ cảm biến lượng tử chính xác mới. "Đây là giao thoa kế sóng vật chất đầu tiên từng được chứng minh trong không gian và báo trước một tương lai trong đó các cảm biến lượng tử trên không gian trở thành công cụ được sử dụng rộng rãi cho các nhà khoa học muốn khám phá vũ trụ", ông nói.
Nhận xét
Đăng nhận xét