Уникальная лаборатория на МКС
Международная космическая станция получила сверхмощный инструмент для исследования тайн микромира. Астронавты запустили обновленную квантовую лабораторию Cold Atom Lab, разработанную в NASA, которая охлаждает атомы почти до абсолютного нуля. Как сообщает SciTechDaily, этот уникальный прибор размером с небольшой холодильник позволит ученым исследовать загадочное "пятое состояние материи" в условиях невесомости.
Смотрите также: Новую модель ИИ обучили с помощью квантового компьютера: какие преимущества это дало
Квантовая физика изучает поведение мельчайших частиц: атомов, электронов и фотонов. В этом микромире привычные законы физики не действуют – атомы могут вести себя как волны, проходить сквозь препятствия или находиться в нескольких местах одновременно. Чтобы зафиксировать эти чудеса, Cold Atom Lab охлаждает атомы до экстремальных температур – ниже минус 459 градусов по Фаренгейту, что равно минус 273,15 градуса по Цельсию (практически абсолютный ноль).
В таких условиях атомы почти полностью останавливаются и сливаются в один "суператом" – конденсат Бозе-Эйнштейна. Это и есть пятое состояние материи (после твердого, жидкого, газообразного и плазмы), где господствуют законы квантовой механики.
При сверхнизких температурах материя ведет себя совершенно иначе. Волновые свойства атомов начинают доминировать, что позволяет нам проводить чрезвычайно точные измерения времени, гравитации и движения,
– объясняет Джейсон Уильямс, научный сотрудник проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL).
Создать такие условия на орбите – чрезвычайно сложная инженерная задача. Процесс начинается с нагрева рубидия или калия до 400 градусов по Цельсию, чтобы получить газ в вакуумной камере. Затем ученые направляют на него лазеры, которые "тормозят" атомы, отбирая у них энергию и снижая температуру. На заключительном этапе магнитная ловушка окончательно обездвиживает облако атомов.
На Земле гравитация быстро разрушает это состояние, но в невесомости на МКС ученые могут наблюдать за квантовыми волнами гораздо дольше. Чтобы реализовать это, инженеры NASA поместили огромную наземную лабораторию с лазерами и зеркалами в один компактный блок на космической станции.
Астронавтка Джессика Мейр работает с оборудованием Cold Atom Lab на МКС / Фото NASA
Что изменилось после модернизации?
Это уже четвертое обновление лаборатории с момента ее запуска в 2018 году. Коммерческая грузовая миссия доставила новый научный модуль на МКС 11 апреля 2026 года. Уже 8 мая астронавтка Джессика Мейр успешно завершила монтаж обновленного оборудования, установив новые оптические волокна и вспомогательные приборы.
Модернизация принесла два ключевых технических модуля:
- Модуль SM-3X: позволяет собирать больше атомов и обеспечивает большую гибкость экспериментов. Благодаря ему ученые могут создавать конденсаты Бозе-Эйнштейна, которые в 5 раз больше тех, что получались на предыдущих версиях.
- Модуль HXM-1: обновляет электронику, питающую магнитные системы, для поддержки новых возможностей ловушки.
Мы осуществляем квантовую революцию 2.0 – учимся напрямую манипулировать крупными квантовыми состояниями. Это откроет путь к созданию новых технологий, подобно тому, как первая квантовая революция подарила нам лазеры, мобильные телефоны и МРТ,
– отмечает Итан Эллиотт, заместитель научного руководителя проекта в JPL.
Кто руководит исследованиями и каковы их цели?
В настоящее время работу модернизированной лаборатории поддерживают 5 международных исследовательских групп. Помимо прикладных измерений, эксперименты в Cold Atom Lab направлены на решение фундаментальных научных вопросов:
- Проверка принципов общей теории относительности Альберта Эйнштейна;
- Поиск ответов на загадки темной материи и темной энергии;
- Разработка сверхточных интерферометров для навигации и гравитационного зондирования Земли и Луны.
Проектом руководит Калифорнийский технологический институт (Caltech) в Пасадене. Лаборатория реактивного движения NASA (JPL) спроектировала, построила и продолжает управлять работой установки на орбите. Исследование спонсирует отдел биологических и физических наук (BPS) Директората научных миссий NASA в Вашингтоне.
Как подчеркнул руководитель проекта Камаль Оудрири, это обновление позволяет ученым приблизиться к контролю над границами квантового мира и гарантирует лидерство в развитии космических квантовых технологий будущего.