ایجاد سردترین دما در فضا با استفاده از لیزر


دانش و فناوری

شنبه 12 خرداد 1397


ایجاد سردترین دما در فضا با استفاده از لیزر

در ادامه جستجو برای دماهای سردتر از همیشه، ناسا قرار است دستگاهی به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال کند. این دستگاه نقطه‌ای ده میلیارد بار سردتر از خلأ در فضا ایجاد می‌کند.

مولد این دمای سرد، آزمایشگاه اتم سرد (CAL) نامیده می‌شود؛ محموله‌ای به اندازه یخدان متصل به موشک ماکیان ATK اوربیتالی که به دانشمندان اجازه می‌دهد ویژگی‌های کوانتومی عجیب اتم‌های فراسرد را مشاهده کنند.

برای سرد و کند کردن ابر اتم‌ها، ترکیبی از لیزرها و آهنرباها مورد استفاده قرار خواهد گرفت تا ابر اتم‌ها به اندازه کسری بالای صفر مطلق تنظیم شود. این دما به صفر کلوین هم شهرت دارد (۲۷۳.۱۵- سلسیوس یا ۴۵۹.۶۷- فارنهایت).

صفر مطلق سردترین دمای جهان است و رسیدن به آن غیرممکن است؛ زیرا در این دما اتم‌ها از حرکت و جنبش بازمی‌ایستند.

آزمایشگاه اتم سرد (CAL: Cold Atom Laboratory) قابلیت دارد ابرهای اتمی را تا یک-دهم یک میلیارد درجه بالای صفر مطلق سرد کند. این مسئله موجب حرکت بسیار کند اتم‌ها می‌شود که نهایتاً پدیده‌های کوانتومی میکروسکوپی از خود بروز می‌دهند.

این ابرها چگالش بوز-اینشتین نامیده می‌شوند. این ابرها در سطح زمین هم قابل تولید هستند اما با توجه به این نکته که در زمین گرانش وجود دارد، ابرها را فوراً به سمت پایین میکشد و ما می‌توانیم ابرها را فقط در کسری از ثانیه ببینیم.

دانشمندان در محیط میکروگرانشی روی ISS این مشکل را برطرف می‌کنند، به این ترتیب آن‌ها به صورت کنترل از راه دور عملیات را از زمین پیش می‌برند و می‌توانند اتم‌ها را تا ۱۰ ثانیه مشاهده کنند. این طولانی‌ترین بازه زمانی است که تاکنون توانسته‌ایم چگالش بوز-اینشتین را ببینیم.

سردترین دما در جهان

این مبحث فواید علمی متعددی دارد. چگالش بوز-اینشتین به‌عنوان ابرشاره نیز شناخته می‌شود؛ یعنی شاره‌ای با ویسکوزیته (گران‌روی) صفر که به فهم بیشتر ما از آن‌ها کمک خواهد کرد. مدیر پروژه CAL آنیتا سنگوپتا از JPL می‌گوید:

اگر شما آبی با خاصیت ابرشاره‌ای داشته باشید و آن را در لیوانی بچرخانید، تا ابد به چرخش ادامه می‌دهد، زیرا ویسکوزیته‌ای برای کند کردن و اتلاف انرژی جنبشی آب وجود ندارد. اگر ما بتوانیم فیزیک ابرشاره‌ها را درک کنیم، قادر خواهیم بود انرژی را بهتر منتقل کنیم.

این موضوع می‌تواند در زمینه‌های مختلف به ما کمک کند. از جمله این موارد می‌توانیم به ابررسانایی پیشرفته، دستگاه‌هایی مثل دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا، کامپیوترهای کوانتومی و ساعت‌های اتمی سردشده لیزری اشاره کنیم. از سوی دیگر، مشاهده پدیده‌های کوانتومی را که تاکنون قادر به دیدن آن‌ها نبودیم، برای ما فراهم می‌کند. بعلاوه، قدرت شناسایی و فهم ما از انرژی تاریک را نیز می‌افزاید؛ نیروی ناشناخته‌ای که به انبساط جهان شتاب می‌بخشد. روبرت تامپسون دانشمند پروژه CAL از JPL می‌گوید:

مطالعه و بررسی این اتم‌های فوق‌العاده سرد، درک ما را از ماده و ماهیت بنیادی گرانش متحول می‌کند. تجربه‌هایی که با آزمایشگاه اتم سرد انجام می‌دهیم بر آگاهی ما از گرانش و انرژی تاریک می‌افزاید. این نیرو‌ها از جمله نیروهای فراگیر در جهان هستند.

  آزمایشگاه اتم سرد تنها محموله علمی ارسالی به ISS با موشک ماکیان (Cygnus) نیست. این موشک یک سکستانت (جایاب) دستی نیز ارسال می‌کند تا ناوبری اضطراری ستاره‌‌ای را آزمایش کند (با SEXTANT اشتباه نشود: تکنولوژی پرچم‌داری که از تپ‌اخترها به عنوان ستاره‌های راهنما استفاده می‌کند). از دیگر موارد ارسالی، تکنولوژی توالی‌یابی بیومولکولی برای میکروب‌های توالی‌یابی یافت‌شده‌ روی ISS هستند.  

پرتاب این موشک برای روز دوشنبه، ۲۱ مه به وقت ۰۸:۳۹ UTC برنامه‌ریزی شد.

منبع : zoomit