Onlarca yıldır süren araştırmalara rağmen, bilim adamları Evrenin dört temel gücünün nasıl bir araya geldiğini anlamaya çalışıyorlar. Kuantum mekaniği, bu kuvvetlerden üçünün en küçük ölçeklerde (elektromanyetizma, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetler) birlikte nasıl çalıştığını açıklayabilirken, Genel Görelilik, şeylerin en büyük ölçeklerde nasıl davrandığını açıklar (yani yerçekimi). Bu bakımdan, yerçekimi koruma olarak kalmaktadır.
Yerçekiminin madde ile en küçük ölçeklerde nasıl etkileşime girdiğini anlamak için, bilim adamları gerçekten son teknoloji deneyler geliştirdiler. Bunlardan biri, son zamanlarda Bose-Einstein kondensleri (BEC'ler) olarak bilinen atom bulutları oluşturarak bir kilometre taşı elde eden ISS'de bulunan NASA'nın Soğuk Atom Laboratuvarıdır (CAL). Bu, BEC'lerin yörüngede ilk kez yaratıldığı ve fizik yasalarını incelemek için yeni fırsatlar sunuyor.
Başlangıçta Satyendra Nath Bose ve Albert Einstein tarafından 71 yıl önce tahmin edilen BEC'ler, esasen mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklara ulaşan ultra-soğuk atomlardır, bu da atomların tamamen hareket etmeyi bırakmaları gereken nokta (teoride). Bu parçacıklar uzun ömürlüdür ve hassas bir şekilde kontrol edilir, bu da onları kuantum fenomenlerini incelemek için ideal bir platform yapar.
Bu, mikro yerçekimi ortamında ultra soğuk kuantum gazları incelemek olan CAL tesisinin amacıdır. Laboratuvar, Mayıs ayı sonlarında ISS'ye ABD Bilim Laboratuarı'na kuruldu ve uzayda türünün ilk örneği. Bilim adamlarının yerçekimi hassas ölçümleri yapma yeteneğini geliştirmek ve en küçük ölçeklerde madde ile nasıl etkileşime girdiğini incelemek için tasarlanmıştır.
NASA'nın Jet Propulsion Laboratory'deki CAL proje bilimcisi ve fizikçisi Robert Thompson'ın son basın açıklamasında açıkladığı gibi:
“Uzay istasyonunda çalışan bir BEC deneyi yapmak bir hayalin gerçekleşmesi. Buraya gelmek uzun ve zor bir yoldu, ama mücadeleye tamamen değer, çünkü bu tesisle yapabileceğimiz çok şey var. ”
Yaklaşık iki hafta önce, CAL bilim adamları tesisin alkali grubundaki yumuşak, gümüşi beyaz metalik bir element olan rubidyum atomlarından BEC ürettiğini doğruladılar. Raporlarına göre, 100 nanoKelvin gibi düşük bir sıcaklığa, mutlak sıfırın (-273 ° C; -459 ° F) üstünde bir on milyondan bir Kelvin'e ulaştılar. Bu, ortalama alan sıcaklığından yaklaşık 3 K (-270 ° C; -454 ° F) daha soğuktur.
Benzersiz davranışları nedeniyle, BEC'ler gazlardan, sıvılardan, katılardan ve plazmadan farklı olarak beşinci bir madde durumu olarak karakterize edilir. BEC'lerde, atomlar makroskopik ölçekte parçacıklardan daha çok dalga gibi hareket ederken, bu davranış genellikle sadece mikroskopik ölçekte gözlemlenebilir. Ek olarak, atomların hepsi en düşük enerji durumlarını alır ve aynı dalga kimliğini alır ve birbirlerinden ayırt edilemez hale getirir.
Kısacası, atom bulutları tek tek atomlardan ziyade tek bir “süper atom” gibi davranmaya başlarlar, bu da çalışmalarını kolaylaştırır. İlk BEC'ler, 2001 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü başarılarıyla paylaşan Eric Cornell, Carl Wieman ve Wolfgang Ketterle'den oluşan bir bilim ekibi tarafından bir laboratuvarda 1995 yılında üretildi. O zamandan beri Dünya üzerinde yüzlerce BEC deneyi yapıldı ve bazıları sondaj roketlerinde uzaya gönderildi.
Ancak CAL tesisi, bilim adamlarının uzun süreler boyunca günlük çalışmalar yapabildiği ISS'de türünün ilk örneği olması bakımından benzersizdir. Tesis, daha büyük "dörtlü dolap" ve daha küçük "tekli dolap" dan oluşan iki standart konteynerden oluşur. Dörtlü dolap, CAL'ın fizik paketini içerir, CAL'nin ultra soğuk atom bulutları üreteceği bölme.
Bu, “atom kapanları” olarak bilinen sürtünmesiz kaplar oluşturmak için manyetik alanlar veya odaklanmış lazerler kullanılarak yapılır. Atom bulutu atom tuzağının içinde açıldıkça, sıcaklığı doğal olarak düşer ve tuzakta daha uzun süre soğudukça soğur. Dünyada, bu tuzaklar kapatıldığında, yerçekimi atomların tekrar hareket etmeye başlamasına neden olur, bu da sadece bir saniyenin kesirleri için çalışılabileceği anlamına gelir.
Bir mikro yerçekimi ortamı olan ISS'de BEC'ler, dünyadaki herhangi bir enstrümandan daha soğuk sıcaklıklara dönüşebilir ve bilim adamları, her seferinde beş ila on saniye boyunca bireysel BEC'leri gözlemleyebilir ve bu ölçümleri günde altı saate kadar tekrarlayabilirler. Ve tesis JPL'deki Dünya Yörünge Görevleri Operasyon Merkezi'nden uzaktan kontrol edildiğinden, günlük operasyonlar istasyondaki astronotların müdahalesini gerektirmez.
JPL’in astronomi ve fizik müdürlüğü baş mühendisi Robert Shotwell, projeyi Şubat 2017'den beri denetledi. Yakın tarihli bir NASA basın açıklamasında belirttiği gibi:
“CAL son derece karmaşık bir araçtır. Tipik olarak, BEC deneyleri bir odayı dolduracak ve bilim adamları tarafından neredeyse sürekli izleme gerektiren yeterli ekipman içerirken, CAL yaklaşık olarak küçük bir buzdolabının büyüklüğündedir ve Dünya'dan uzaktan çalıştırılabilir. Bu bir mücadeleydi ve bugün uzay istasyonunda faaliyet gösteren sofistike tesisi üretmek için gereken tüm engelleri aşmak için önemli bir çaba gerektiriyordu. ”
İleriye baktığımızda, CAL bilim adamları daha da ileri gitmek ve Dünya'da elde edilen her şeyden daha düşük sıcaklıklara ulaşmak istiyorlar. Rubidyuma ek olarak, CAL ekibi iki farklı potasyum atomu izotopu kullanarak BECS'leri yapmak için de çalışmaktadır. Şu anda, CAL hala uzun bir dizi test yürüten operasyon ekibinden oluşan bir devreye alma aşamasındadır, CAL tesisinin mikro yerçekiminde nasıl çalışacağını görün.
Ancak, çalışmaya başladıktan sonra, Cornell ve Ketterle liderliğindeki gruplar da dahil olmak üzere beş bilim grubu ilk yılında tesiste deneyler yapacak. Bilim aşamasının Eylül ayı başlarında başlaması ve üç yıl sürmesi bekleniyor. JPL’nin CAL görev yöneticisi Kamal Oudrhiri’nin dediği gibi:
“Bu tesisi kullanmaya hazır ve heyecanlı, dünya çapında bir bilim insanı ekibi var. Yapmayı planladıkları çok çeşitli deneyler, mikro operasyona adapte etmemiz gereken atomları manipüle etmek ve soğutmak için, bilim çalışmalarını başlatmak için enstrümanı temel araştırmacılara teslim etmeden önce birçok teknik olduğu anlamına geliyor. ”
Zaman verildiğinde, Soğuk Atom Laboratuvarı (CAL), bilim adamlarının yerçekiminin en küçük ölçeklerde nasıl çalıştığını anlamalarına yardımcı olabilir. CERN ve dünyadaki diğer parçacık fiziği laboratuvarları tarafından yürütülen yüksek enerjili deneylerle birleştirildiğinde, bu sonuçta Her Şeyin Teorisi'ne (ToE) ve Evrenin nasıl çalıştığının tam olarak anlaşılmasına yol açabilir.
Ayrıca NASA'nın izniyle CAL tesisinin bu havalı videosunu (pun! Yok) da kontrol etmeyi unutmayın:
