สล็อตแตกง่าย การควบแน่นของ Bose-Einstein ในอวกาศอาจมีอุณหภูมิต่ำกว่าที่รู้จักในจักรวาลบนสถานีอวกาศนานาชาติ นักบินอวกาศนั้นไร้น้ำหนัก อะตอมก็เช่นกัน
ความไร้น้ำหนักนั้นทำให้ง่ายต่อการศึกษาสถานะควอนตัมแปลก ๆ ของสสารที่รู้จักกันในชื่อคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ ตอนนี้ มี รายงานการควบแน่นของ Bose-Einstein ตัวแรกบนสถานีอวกาศในวันที่ 11 มิถุนายน
ความสามารถในการศึกษาสถานะแปลก ๆ
ของสสารในวงโคจรจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานรวมทั้งทำให้การวัดควอนตัมใหม่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นเป็นไปได้ Lisa Wörnerจากสถาบันเทคโนโลยีควอนตัมของเยอรมันในเบรเมินกล่าว “ฉันไม่สามารถคุยโวถึงความสำคัญของการทดลองนี้ต่อชุมชนได้” เธอกล่าว
คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์เกิดขึ้นเมื่ออะตอมบางประเภทถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำจนทำให้กลายเป็นหนึ่งเดียว นักฟิสิกส์ David Aveline จากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ในเมือง Pasadena รัฐแคลิฟอร์เนีย กล่าวว่า “ราวกับว่าพวกเขากำลังรวมแขนและทำตัวเป็นวัตถุที่กลมกลืนกัน” เพื่อสร้างสถานะแปลก ๆ ของสสารในวงโคจร เขาและเพื่อนร่วมงานได้สร้างห้องทดลอง Cold Atom ซึ่งได้รับการติดตั้งบนสถานีอวกาศในปี 2561
ในวงโคจร อะตอมจะตกอย่างอิสระ และดิ่งลงอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดความไร้น้ำหนักอย่างที่ผู้ขี่รู้สึกได้เมื่อรถไฟเหาะตกลงมาอย่างกะทันหัน สภาวะเหล่านี้เรียกว่าสภาวะไร้น้ำหนัก ทำให้สถานีอวกาศเป็นสภาพแวดล้อมในอุดมคติสำหรับการศึกษาคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์
ในการสร้างคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ อะตอมจะต้องถูกทำให้เย็นลงในขณะที่ติดกับสนามแม่เหล็ก บนโลก กับดักต้องแข็งแรงพอที่จะรองรับอะตอมให้ต้านแรงโน้มถ่วงได้ เนื่องจากนั่นไม่ใช่ความกังวลในเรื่องสภาวะไร้น้ำหนัก กับดักจึงสามารถลดลงได้ ทำให้กลุ่มเมฆของอะตอมสามารถขยายตัวและทำให้เย็นลงได้ กระบวนการนี้ทำให้คอนเดนเสทมีอุณหภูมิต่ำกว่าวิธีเดียวกันบนโลก ในห้องทดลอง Cold Atom อะตอมของรูบิเดียมมีจำนวนถึงหนึ่งในสิบของพันล้านเคลวิน
คอนเดนเสทของ Bose-Einstein ได้รับการบันทึกว่ามีอุณหภูมิต่ำสุดที่ทราบแล้ว ( SN: 4/13/15 ) ด้วยการปรับปรุงเทคนิคการทำความเย็นเพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่า Cold Atom Lab อาจเย็นลงกว่าเดิม จนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าที่รู้จักในจักรวาล
ข้อดีอีกประการหนึ่งของสภาวะไร้น้ำหนักคือสามารถวัดวัตถุที่แปลกประหลาดได้เป็นระยะเวลานานขึ้น โดยปกติ
อะตอมจะหลุดออกจากกับดักแล้วถ่ายภาพอย่างรวดเร็วก่อนที่แรงโน้มถ่วงจะดึงพวกมันให้พ้นสายตา แต่ในสภาวะไร้น้ำหนัก นักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถสังเกตอะตอมที่ปล่อยออกมาได้นานถึง 1.1 วินาที บนโลก เทคนิคเดียวกันนี้ให้เวลาในการสังเกตประมาณ 40 มิลลิวินาที
เวลาในการสังเกตที่นานขึ้นอาจทำให้การวัดมีความละเอียดอ่อนมากขึ้น อะตอมสามารถใช้เพื่อตรวจจับกองกำลัง ซึ่งรวมถึงความโน้มถ่วงของโลกที่แปรผันตามกาลเวลาและในส่วนต่างๆ ของโลก การทดลองในอนาคตเกี่ยวกับดาวเทียมโดยเฉพาะสามารถสร้างการวัดปรากฏการณ์ใหม่ๆ ที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น เช่น ระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น
และสสารควอนตัมยังสามารถใช้เพื่อทดสอบหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์ เช่นหลักการสมมูลของไอน์สไตน์ ( SN: 12/4/17 ) นั่นคือแนวคิดที่ว่าวัตถุที่มีมวลหรือองค์ประกอบต่างกัน หรือในกรณีนี้ อะตอมประเภทต่างๆ จะตกลงมาเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในอัตราเดียวกัน
การทดลองก่อนหน้านี้ได้ศึกษาการควบแน่นของ Bose-Einstein บนจรวดที่ยิงไปในอวกาศที่ตกลงสู่พื้นโลกอย่างรวดเร็วและในหอคอยที่ปล่อยอุปกรณ์ขึ้นด้านบนและปล่อยให้ตกลงมา แต่ระยะเวลาอันสั้นของเที่ยวบินดังกล่าวจำกัดจำนวนการทดลองที่สามารถทำได้
นักฟิสิกส์ Maike Lachmann จาก Leibniz University Hannover ในเยอรมนี กล่าวว่า “นี่เป็นข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่” ของสถานีอวกาศ ผู้เขียนร่วมบทความเกี่ยวกับมุมมองที่ปรากฏในฉบับเดียวกันของNatureกล่าว เมื่อประมาณสองปีได้เข้าสู่สถานีอวกาศแล้ว Cold Atom Lab ก็มีเวลาเหลือเฟือสำหรับการทดลอง “พวกเขาสามารถทำสิ่งที่น่าตื่นเต้นมากๆ ได้” Lachmann กล่าว
ในการทดลองหนึ่ง อาสาสมัคร 10 คนที่ฝังอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อวัดความดันในกะโหลกศีรษะแล้วผนึกร่างกายส่วนล่างของพวกเขาไว้ในห้อง LBNP ผู้เข้าร่วมต้องนอนลงเพื่อทำการทดลองเพื่อให้ความดันในกะโหลกศีรษะใกล้เคียงกับสิ่งที่อยู่ในอวกาศ เมื่อมีคนบนโลกเปลี่ยนจากการยืนเป็นนอนราบ ความดันในกะโหลกศีรษะของพวกเขาจะเพิ่มขึ้นจากประมาณ 0 มิลลิเมตรปรอทเป็นประมาณ 15 มิลลิเมตรปรอท ซึ่งใกล้เคียงกับที่มนุษย์อวกาศคิดว่าจะได้สัมผัสในอวกาศ ในขณะที่นักวิจัยเพิ่มแรงดันสุญญากาศของอุปกรณ์อย่างช้าๆ ความดันในกะโหลกศีรษะเฉลี่ยของผู้เข้าร่วมลดลงจาก 15 เป็น 9.4 mmHgนักวิจัยรายงานในปี 2019 ในวารสารสรีรวิทยา สล็อตแตกง่าย
