NASA исследует на МКС "пятое состояние вещества", которое нарушает законы природы

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.