Reise zum absoluten Nullpunkt: CAL, ein Experiment auf der ISS

Anonim

In diesem voraussichtlich heißen Sommer 2017 wird an Bord eines SpaceX-Raumschiffs eine Truhe in der Größe eines kleinen Kühlraums zur Internationalen Raumstation fliegen: Im Inneren des Koffers (wie man so sagt) wird das Experiment erstellt der kälteste Punkt im Universum, buchstäblich, weil es, soweit wir wissen, nichts Vergleichbares gibt.

Das Experiment besteht aus einer Gruppe von Lasern, einer Vakuumkammer und einem elektromagnetischen Messer . Mit diesen Werkzeugen werden wir versuchen, die Energie einer Probe von Gaspartikeln zu reduzieren und sie fast zu verlangsamen, um jede Bewegung zu verhindern. Das System CAL (Cold Atom Laboratory) wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) entworfen und entwickelt.

Image Die Annäherung an den absoluten Nullpunkt ist sehr komplex: Auf der Erde ist es ein langer Prozess, der in kleinen Schritten abläuft. Im Weltraum ist einer der Vorteile die verringerte Schwerkraft. | NASA

Das kälteste im Universum. Das JPL-System sollte die Gasprobe auf ein Milliardstel eines Grades über dem absoluten Nullpunkt bringen, der bei -273, 15 ° C liegt, wodurch seine Atome blockiert werden - dies ist die kälteste Temperatur im Universum. Das Ziel des Experiments, erklärt Robert Thompson (JPL), ist "die Untersuchung des Verhaltens von Atomen in einem hyperkalten Zustand: Dies könnte unser Verständnis der Art und Weise, wie Materie hergestellt wird, und der Natur der Schwerkraft verändern. Mit der CAL könnten wir auch Hinweise auf die Eigenschaften der dunklen Energie erhalten, ein großes Geheimnis des Universums ».

Materie wie eine Welle. Wenn die Atome auf extreme Temperaturen abgekühlt werden, z. B. innerhalb der CAL, kommt es zu einer Zustandsänderung: In diesem Fall wird ein Bose-Einstein-Kondensat erhalten.

Es ist eine Superflüssigkeit, eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von Null, in der sich die Atome reibungslos wie ein Ganzes bewegen. Unter diesen Bedingungen fehlen die uns in der Physik bekannten Regeln und die Quantenhydrodynamik übernimmt. Materie neigt dazu, sich so zu verhalten, als bestünde sie aus Wellen und nicht aus Partikeln: Diese Wellen wurden nie bei Temperaturen beobachtet, die denen ähneln, die mit CAL erhalten werden.

Image Symbolische Darstellung der Bose-Einstein-Kondensatproduktion. | JPL / NASA

Lange Zeiten. Bisher wurde ein Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum ohne Schwerkraft nie beobachtet und untersucht, sondern nur auf der Erde, wo die Schwerkraft die Versuchsbedingungen verändert. Auf der Raumstation hingegen können ultrakalte Atome ihre Wellenformen länger halten: Dies gibt den Wissenschaftlern ein Zeitfenster, das ausreicht, um die Physik für einen Zeitraum zwischen 5 und 20 Sekunden auf ihrem fundamentalen Niveau zu studieren.

Sogar einen Nobelpreis. Es gibt fünf Forscherteams, die Experimente mit CAL durchführen werden, darunter die Gruppe, die von Eric Cornell (Universität von Colorado), Nobelpreis für Physik 2001, koordiniert wurde, weil sie 1995 das erste Bose-Einstein-Kondensat im Labor hergestellt hat Die Experimente könnten zur Verbesserung zahlreicher Technologien führen, darunter Sensoren, Quantencomputer und Atomuhren: CAL ist der letzte Test und wird bald nach Cape Canaveral, Florida, gebracht, um an Bord einer Drachenkapsel geladen zu werden, die für die Versorgung der Welt bestimmt ist Iss.