То, что вещество может быть жидким, твёрдым и газообразным знают даже в начальной школе. Те – кто продвинулся в изучении физики дальше – слышали о четвёртом агрегатном состоянии – плазме. А мы сегодня поговорим о пятом(!) агрегатном состоянии вещества – конденсате Бозе-Эйнштейна, которое смогли получить на борту Международной космической станции (МКС).
«Лаборатория холодного атома» была запущена на МКС в 2018 году для исследования экзотического состояния вещества, известного как конденсат Бозе-Эйнштейна. Это устройство размером с чемодан охлаждает атомы рубидия и калия в вакуумной камере, используя луч лазера для замедления их движения. Образовавшееся облако атомов удерживается магнитными полями и охлаждается почти до абсолютного нуля -273°С, образуя бозе-эйнштейновский конденсат.
Это сверххолодное состояние вещества было теоретически предсказано Альбертом Эйнштейном на основе работ Шатьендраната Бозе в 1925 году, как пятое состояние вещества. По сути конденсат Бозе-Эйнштейна – это переохлажденный газ, который ведёт себя не как газ, состоящий из отдельных атомов или частицы, а скорее, как единое целое в одном квантовом состоянии.
Впервые конденсат Бозе-Эйнштейна был получен на Земле в 1995 году, но его образованию и изучению мешает гравитация, которая за доли секунды разрушает образовавшиеся облака. На МКС микрогравитация позволяет сохранять их стабильными в течение нескольких секунд, что позволяет изучать их более подробно.
Первые результаты с МКС показывают, что бозе-эйнштейновский конденсат ведёт себя по-разному. Учёные обнаружили, что около половины атомов образуют галообразное облако вокруг основной части конденсата. На земле эти атомы просто упали бы под действием силы тяжести, но в условиях микрогравитации МКС облако осталось подвешенным.
В ближайшем будущем исследователи надеются провести наблюдения столкновения атомов на квантовом уровне и изучить гравитационные волны, отслеживая нарушения в движении атомов.
