На Международной космической станции готовится открытие новой лаборатории холодных атомов.

Уточняется, что новая лаборатория будет создавать конденсаты Бозе — Эйнштейна с более низкими температурами, чем предыдущая. Она сможет охлаждать атомы вплоть до 1 пикокельвина.

Об этом сообщил член Международного совета научно-образовательной школы «Космос» МГУ им. Ломоносова, ведущий научный сотрудник лаборатории реактивного движения NASA Вячеслав Турышев.

«Следующий инструмент, который мы готовим, называется BECCAL. Эта лаборатория будет запущена через три года», — сказал Турышев.

Принцип действия новой лаборатории на МКС

По словам специалиста, принцип действия лаборатории основан на воздействии оптических лазеров на атомы вещества: они охлаждают их и переводят в самое низкое энергетическое состояние при температуре в 200 нанокельвинов. В таком состоянии облако в миллион атомов начинает вести себя как единое целое, представляющее из себя новое квантовое состояние вещества (облако конденсата Бозе — Эйнштейна), обладающее волновыми свойствами.

У половины этого миллиона атомов с помощью лазеров можно изменить фазу. Затем оба облака с разными фазами вновь воссоединяются, образуя атомный интерферометр — инструмент для изучения взаимодействия волн такой квантовой материи. При этом малейшее движение (ускорение или вращение) изменяет волновую картинку, образующуюся при взаимодействии этих волн.

«Когда эти волны атомов вновь встречаются, образующаяся при этом волновая картинка позволяют измерять очень маленькие величины ускорений и вращений, предоставляя уникальные возможности для прецизионной метрологии. Такие исследования позволят создавать квантовые сенсоры, чувствительные к совершенно малым динамическим воздействиям», — пояснил ученый.

На Земле пучки атомов находились в нужном для эксперимента состоянии миллисекунды, благодаря невесомости в первой лаборатории холодных атомов (CAL) это время удалось увеличить до секунды. В новой лаборатории работать с ними можно будет в течение более длительного времени, вплоть до минуты.

«Более того, в новой лаборатории BECCAL планируется работать с атомами разных элементов, чтобы изучить их особенности и возможность их практических применений», — отметил Турышев.

Применение холодных атомов: зачем нужна новая лаборатория на МКС

По словам Турышева, изучение холодных атомов позволит в будущем создать приборы, чувствительные к самым малым ускорениям и вращениям. «То есть тем самым нам будут доступны все элементы движения, и при этом мы будем способны измерять их с высочайшей точностью», — добавил специалист.

Точные измерения, проводимые на уровне, существенно превышающем современные возможности, позволят в частности использовать атомные интерферометры для поиска гравитационных волн, которые излучаются при взаимодействии черных дыр или нейтронных звезд.

Более точная аппаратура, считает ученый, позволит использовать гравитационное поле Солнца в качестве «линзы» в целях получения изображений наблюдаемых объектов с самым высоким разрешением, доступным современной науке. В рамках разрабатываемого проекта предполагается отправка космического аппарата в фокальный регион гравитационной линзы Солнца для прямых исследований экзопланет. «С метровым телескопом можно будет увидеть экзопланету в 100 световых годах от нас с точностью в 20-25 км на ее поверхности», — сказал Турышев.