Ученые охладили конденсат Бозе — Эйнштейна до 9,7 пикокельвина

Китайские исследователи под руководством профессора Пекинского университета Чэня Сюйцуна установили новый температурный рекорд в космосе. На борту орбитальной станции «Тяньгун» ученым удалось охладить материю до рекордных 9,7 пикокельвина, создав самый холодный конденсат Бозе — Эйнштейна в истории науки.

• Установка CAPR на станции «Тяньгун» используется с октября 2022 года для экспериментов со сверхнизкими температурами.
• Для охлаждения применяются лазеры, магниты и вакуумные камеры, удерживающие облака атомов рубидия-87.
• Достигнутая температура составила 9,7 пикокельвина, что является абсолютным рекордом для конденсата Бозе — Эйнштейна.
• Орбитальные условия микрогравитации позволяют удерживать квантовые состояния намного дольше, чем на Земле.

Особенности эксперимента и установка CAPR

Для проведения столь сложных физических экспериментов на борту орбитальной станции «Тяньгун» была задействована специализированная установка CAPR. Данное оборудование прибыло на станцию еще в октябре 2022 года и объединяет в себе сложные лазерные системы, мощные магниты и вакуумные камеры. С помощью этого комплекса физики захватывают облака атомов рубидия-87 и постепенно снижают их тепловую энергию.

Конденсат Бозе — Эйнштейна представляет собой уникальное состояние материи, при котором множество квантовых частиц начинают вести себя как единый макроскопический объект. В таких условиях квантовые эффекты становятся заметными на макроуровне. Чем сильнее удается остудить систему, тем дольше сохраняется это хрупкое состояние и тем чище результаты наблюдений.

Преимущества орбитальных исследований в условиях микрогравитации

Главной причиной успеха китайских физиков стали уникальные условия космоса, в частности микрогравитация. На Земле гравитационное поле заставляет атомы быстро покидасть область захвата ловушек, что ограничивает время экспериментов и минимально достижимые температуры. В условиях орбитального полета ученые могут гораздо эффективнее удерживать атомные облака.

Этот прорыв открывает новые горизонты для фундаментальной физики и подтверждает огромный потенциал космических лабораторий. Исследования квантовых газов в космосе избавлены от земных ограничений, что позволяет продвигаться в неизведанные области квантовой механики и термодинамики.

Практическое применение и значение для технологий

Создание столь холодного конденсата Бозе — Эйнштейна имеет не только теоретическое, но и колоссальное практическое значение. Полученные результаты могут лечь в основу разработки принципиально новых квантовых компьютеров с высокой стабильностью вычислений, а также сверхточных сенсоров и навигационных измерительных приборов.

Кроме того, подобные технологии рассматриваются научным сообществом как ключевой инструмент для поиска гравитационных волн в космическом пространстве. Развитие орбитальных квантовых экспериментов приближает человечество к созданию высокочувствительных датчиков нового поколения для фундаментальной науки.