NASA'nın Soğuk Atom Laboratuvarı Uzayda Kuantum Kimyasına Hazırlıyor

 Uluslararası Uzay İstasyonundaki uzaktan çalıştırılan tesis, araştırmacıların çevremizdeki dünyanın temel doğasını araştırmak için kullanabileceği başka bir araç.

Bu animasyon, NASA'nın Soğuk Atom Laboratuvarı'nda atomları yavaşlatmak ve sıcaklıklarını düşürmek için kullanılan altı ince ayarlı lazeri tasvir ediyor. Bilim adamları artık bu soğuk sıcaklıklarda farklı türdeki atomların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini görmek için laboratuvarı kullanabilirler.
NASA/JPL-Caltech

Bilim insanları uzayda ilk kez iki tür atom içeren bir kuantum gazı ürettiler. NASA'nın Uluslararası Uzay İstasyonundaki Soğuk Atom Laboratuvarı ile gerçekleştirilen başarı, şu anda yalnızca Dünya'da mevcut olan kuantum teknolojilerinin uzaya getirilmesine yönelik bir başka adıma işaret ediyor.

Kuantum araçları halihazırda cep telefonlarından GPS'e ve tıbbi cihazlara kadar her şeyde kullanılıyor. Gelecekte, bizimki de dahil olmak üzere gezegenlere ilişkin araştırmaları geliştirmek ve doğanın temel yasalarına ilişkin anlayışımızı derinleştirirken evrenin gizemlerini çözmeye yardımcı olmak için kullanılabilirler.

Dünyadaki bilim adamlarının uzaktan gerçekleştirdiği yeni çalışma, Nature dergisinin 16 Kasım sayısında anlatılıyor.

Bu yeni yetenek sayesinde, Soğuk Atom Laboratuvarı artık yalnızca bireysel atomların kuantum özelliklerini değil , aynı zamanda farklı türdeki atomların kuantum durumunda birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine ve birleştiğine odaklanan kuantum kimyasını da inceleyebiliyor . Araştırmacılar, Cold Atom Lab ile daha geniş yelpazede deneyler gerçekleştirebilecek ve bunları mikro yerçekiminde gerçekleştirmenin nüansları hakkında daha fazla bilgi edinebilecekler. Bu bilgi, yeni uzay tabanlı kuantum teknolojileri geliştirmek için türünün tek örneği olan tesisten yararlanmak için gerekli olacaktır.

Kuantum Kimyası

Etrafımızdaki fiziksel dünya, belirlenmiş kurallar dizisine göre birbirine bağlı kalan atomlara ve moleküllere bağlıdır. Ancak atomların ve moleküllerin mikro yerçekimi gibi bulunduğu ortama bağlı olarak farklı kurallar hakim olabilir veya zayıflayabilir. Soğuk Atom Laboratuvarını kullanan bilim insanları, atomların kuantum doğasının davranışlarına hakim olduğu senaryoları araştırıyorlar. Örneğin atomlar ve moleküller katı bilardo topları gibi davranmak yerine daha çok dalga gibi davranır.

Bu senaryolardan birinde, iki veya üç atomlu moleküllerdeki atomlar birbirine bağlı kalabilir, ancak sanki moleküller kabarıyormuş gibi birbirlerinden giderek uzaklaşabilirler. Bu durumları incelemek için bilim adamlarının öncelikle atomları yavaşlatmaları gerekiyor. Bunu , maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklığın bir derecenin kesirleri kadar üstüne , yani doğal evrende bulunan her şeyden çok daha soğuk olana kadar soğutarak yapıyorlar : mutlak sıfır veya eksi 459 Fahrenheit (eksi 273 santigrat derece).

NASA'nın Soğuk Atom Laboratuvarı, bilim adamlarının mikro yerçekimi özgürlüğünde atomların kuantum doğasını araştırmasına olanak tanır. Kuantum biliminin cep telefonları ve bilgisayarlar gibi günlük teknolojilerin geliştirilmesine nasıl yol açtığını ve Cold Atom Lab'ın nasıl yeni buluşların önünü açtığını öğrenin. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech

Fizikçiler bu yumuşak molekülleri yerdeki soğuk atom deneylerinde yarattılar, ancak bunlar son derece kırılgandır ve ya hızla parçalanır ya da normal moleküler duruma geri çöker. Bu nedenle üç atomlu büyütülmüş moleküller hiçbir zaman doğrudan görüntülenememiştir. Uzay istasyonunun mikro yerçekiminde, kırılgan moleküller daha uzun süre var olabilir ve potansiyel olarak büyüyebilir; bu nedenle fizikçiler, Soğuk Atom Laboratuvarı'nın yeni yeteneğini denemeye başlamaktan heyecan duyuyor.

Bu tür moleküller muhtemelen doğada oluşmaz, ancak örneğin manyetik alanın gücündeki ince değişiklikleri veya bunların kırılmasına neden olan diğer bozuklukları ortaya çıkarabilecek hassas dedektörler yapmak için kullanılmaları mümkündür. ayrılır veya çöker.

NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'ndan Soğuk Atom Laboratuvarı proje bilimcisi ve ortak yazarlardan Jason Williams, "Genel olarak soğuk atom bilimiyle yaptığımız şey, doğanın bize sunduğu yeni araçları aramak ve öğrenmektir" dedi. yeni çalışma hakkında. "Sanki bir çekiç keşfetmişiz ve onu kullanabileceğimiz tüm yolları araştırmaya başlamışız gibi."

Modern Bir Gizem

İki tür atoma sahip bir kuantum gazını kullanmanın olası bir yolu, eşdeğerlik ilkesi adı verilen ve yerçekiminin kütlelerine bakılmaksızın tüm nesneleri aynı şekilde etkilediğini savunan bir şeyi test etmektir. Bu, birçok fizik öğretmeninin kapalı bir vakum odasına bir tüy ve bir çekiç koyarak ve hava sürtünmesi olmadığında ikisinin aynı oranda düştüğünü göstererek göstereceği bir prensiptir. 1971 yılında Apollo 15 astronotu David Scott, bu deneyi vakum odasına ihtiyaç duymadan Ay yüzeyinde gerçekleştirdi.

Bilim insanları, atom interferometresi adı verilen bir alet kullanarak, eşdeğerlik ilkesinin atomik ölçeklerde geçerli olup olmadığını görmek için Dünya üzerinde deneyler yaptılar. Uzay istasyonunun mikro yerçekiminde iki tür atom içeren bir kuantum gazı ve bir interferometre kullanarak, prensibi Dünya'da mümkün olandan daha hassas bir şekilde test edebildiler. Bunu yaparak, yerçekiminin tüm maddeye eşit davranmadığı bir nokta olup olmadığını öğrenebilirler; bu da Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinin büyük sonuçlara yol açabilecek küçük bir hata içerdiğini gösterebilir.

Eşdeğerlik ilkesi, gezegenler ve galaksiler gibi büyük nesnelerin nasıl davrandığını açıklayan modern yerçekimi fiziğinin omurgası olan genel görelilik teorisinin bir parçasıdır. Ancak modern fiziğin en büyük gizemi, yerçekimi yasalarının, atom gibi küçük nesnelerin davranışlarını tanımlayan kuantum fiziği yasalarıyla neden uyuşmadığıdır. Her iki alanın yasalarının kendi boyut alanlarında doğru olduğu tekrar tekrar kanıtlandı, ancak fizikçiler bunları bir bütün olarak evrenin tek bir tanımında birleştiremediler.

Yer çekiminin Einstein'ın teorisi tarafından açıklanmayan özelliklerini aramak, birleşmenin bir yolunu aramanın bir yoludur.

Daha İyi Sensörler

Bilim adamlarının Soğuk Atom Laboratuvarı'nda mikro yerçekimindeki temel fiziği test etmenin ötesine geçecek fikirleri zaten var. Ayrıca , evrenin hızlanan genişlemesinin ardındaki gizemli itici güç olan karanlık enerjinin doğasını öğrenmek amacıyla yerçekimini yüksek hassasiyetle ölçmek için iki atomlu bir interferometre ve kuantum gazlarını kullanabilecek uzay temelli deneyler de önerdiler . Öğrendikleri şeyler, geniş bir uygulama yelpazesi için hassas sensörlerin geliştirilmesine yol açabilir.

Bu sensörlerin kalitesi, bilim adamlarının bu atomların mikro yerçekimindeki davranışlarını, bu atomların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini ne kadar iyi anladıklarına bağlı olacaktır. Atomları kontrol edecek manyetik alanlar gibi araçların kullanılmaya başlanması, atomların yağ ve su gibi birbirini itmesini veya bal gibi birbirine yapışmasını sağlayabilir. Bu etkileşimleri anlamak Soğuk Atom Laboratuvarının temel hedeflerinden biridir.

Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi

Caltech'in Pasadena, JPL'deki bir bölümü , ajansın Washington'daki genel merkezinde NASA'nın Bilim Misyonu Direktörlüğü'nün Biyolojik ve Fiziksel Bilimler (BPS) bölümünün sponsorluğunda Soğuk Atom Laboratuvarı'nı tasarladı ve inşa etti . BPS, bilimsel keşiflere öncülük eder ve Dünya'da mümkün olmayan araştırmaları uzay ortamlarını kullanarak gerçekleştirerek keşif yapılmasını sağlar. Biyolojik ve fiziksel olayları aşırı koşullar altında incelemek, araştırmacıların daha uzağa gitmek ve uzayda daha uzun süre kalmak için gereken temel bilimsel bilgiyi geliştirmelerine olanak tanırken, aynı zamanda Dünya'daki hayata da fayda sağlıyor. 

Cold Atom Lab hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya gidin:

https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/

Haberler Medya İletişim

Calla Cofield

Jet Tahrik Laboratuvarı, Pasadena, Kaliforniya

626-808-2469

calla.e.cofield@jpl.nasa.gov

2023-170