ناسا در حال ساخت سردترین نقطه در هستی است

ناسا در حال ساخت سردترین نقطه در هستی است

ناسا می‌خواهد سردترین نقطه روی کره‌ی زمین، موسوم به آزمایشگاه اتمی سرد (CAL) را در مدار قرار دهد. در این آزمایشگاه ستاره‌شناسان قادر خواهند بود تا شرایطی را با دماهایی ۱۰۰ میلیوین برابر سردتر از اعماق فضا ایجاد کنند. این آزمایشگاه با استفاده از راکت‌های اسپیس‌ایکس به ایستگاه فضایی بین المللی خواهد رفت. در آنجا این جعبه‌ی فوق سرد فیزیک عجیب اتم‌ها را وقتی که تا یک میلیاردیم صفر مطلق سرد می‌شوند، مشخص خواهد کرد.

رابرت تامسون، از دانشمندان این پروژه از لابراتوار نیروی محرکه‌ی جت ناسا می‌گوید:

مطالعه‌ی این اتم‌های فوق سرد می‌تواند درک ما از ماده و ذات بنیادی گرانش را شکل دهد. آزمایش‌هایی که ما در آزمایشگاه اتمی سرد انجام می‌دهیم، دانش ما را در مورد گرانش و ماده‌ی تاریک، از نیروهای قوی جهان، گسترش خواهد داد.

آزمایشگاه اتمی سرد ناسا، جعبه‌ای مجهز به لیزر، محفظه‌ی خلاء و تیغه‌ای برای کند کردن ذرات و حتی ساکن کردن آن‌ها است. این دستگاه در آخرین مراحل ساخت قرار دارد؛ بنابراین پرتاب آن در ماه آگوست، بزرگترین آزمون آن خواهد بود.  طرحی که ناسا در نظر دارد، این است که آزمایشگاه اتمی سرد یادشده در ایستگاه فضایی بین المللی با گاز پر شود. در آن مکان جاذبه‌ی کم به پژوهشگران امکان خواهد داد تا پدیده‌‌ای کوانتومی که روی کره‌ی زمین قابل تشخیص نیست، مشاهده کنند.

یکی از موضوعات جالب و مورد توجه، فرمی عجیب از ماده به نام چگالش بوز-اینشتین است. این حالت ماده، “ابرمایع” است و در آن اتم‌ها فرم‌های موجی عجیبی دارند. این ماده تاکنون در دماهای آزمایشگاه اتمی سرد مطالعه نشده است. این فرم از ماده، گرانروی صفر دارد و اتم‌های آن می‌توانند بدون اصطکاک حرکت کنند؛ گویی هر یک ترکیبی مستقل هستند.

آنیتا سنگوپتا، مدیر پروژه‌ی آزمایشگاه اتمی سرد می‌گوید:

اگر شما آبی داشته باشید که ابرمایع باشد و آن را درون لیوان هم بزنید؛ آب تا ابد خواهد چرخید. هیچ گرانروی در این فرم از ماده وجود ندارد که چرخش آن را کند کند و انرژی سینتیکی را هدر دهد. اگر ما فیزیک ابرمایع‌ها را بهتر بفهمیم، آنگاه می‌توانیم از آن‌ها برای انتقال‌های بهینه‌تر انرژی استفاده کنیم.

فیزیکدان‌ها به چگالش بوز-اینشتین علاقه‌ی بسیاری دارند؛ زیرا در این فرم از ماده، قوانین فیزیک کلاسیک مانند نسبیت عام انیشتین به قوانین فیزیک کوانتومی تبدیل می‌شوند. در این جا است که ماده نه به شکل ذره، بلکه شبیه به موج عمل می‌کند.

فهم این تبدیل (فیزیک کلاسیک به فیزیک کوانتومی) کلید یکی از سوالات بی‌پاسخ فیزیک مدرن است. وقتی بخواهید جداگانه از نسبیت عام و نظریه‌ی میدان کوانتومی استفاده کنید، می‌توانید بزرگ‌ترین چیزها و کوچک‌ترین چیزها را در جهان هستی توضیح دهید. اما تاکنون هیچ فیزیکدانی نتوانسته است این دو را با هم ترکیب کند و به تئوری همه چیز دست یابد.

به همین دلیل، فیزیکدانان علاقه دارند تا به چگالش بوز-اینشتین برای مدت‌های مدید خیره شوند؛ اما متاسفانه جاذبه‌ی زمین به حرکت آزاد این ماده پایان می‌دهد؛ در نتیجه این حالت فقط برای کسری از ثانیه قابل مشاهده است. در فضای بدون جاذبه‌ی فضا، دانشمندان قادر خواهند بود تا دیدی جالب‌تر به پدیده‌ها پیدا کنند. ناسا پیش‌بینی کرده است که آن‌ها قادر خواهند بود تا برای زمان‌هایی مانند ۵ تا ۱۰ ثانیه به چگالش بوز-اینشتین دست پیدا کنند.

مشاهده‌ی این حالت از ماده نه تنها به ما کمک می‌کند نقطه‌ی اتصال فیزیک کلاسیک و کوانتوم را بفهمیم، بلکه درکی بهتر از آن می‌تواند به سنسورها، تلسکوپ‌ها و ساعت‌های اتمی دقیق‌تر که در ناوبری فضاپیماها استفاده می‌شود، منجر شود و حتی سرعت دستیابی به نخستین رایانه‌ی کوانتومی جهان را نیز ساده‌تر کند.

کمال اودهیری، جانشین مدیر پروژه‌ی آزمایشگاه اتمی سرد می‌گوید:

اتم‌های سرد بسیار حساس در آزمایشگاه اتمی سرد درست مانند لنزی جدید در تلسکوپ گالیله هستند. آن‌ها پرده از بسیاری از اسرار در پس مرزهای شناخته‌شده‌ی فیزیک برمی‌دارند.

باید منتظر باشیم تا ببینیم در ماه آگوست، چه چیز انتظار ما را خواهد کشید!