انجام تحقیقات کوانتومی در ایستگاه فضایی بین‌المللی

محققان آزمایشگاه پیش رانش جت ناسا اخیرا اظهار کرده‌اند حباب‌های فراسرد ایجاد شده در ایستگاه فضایی بین المللی می‌توانند راه را برای آغاز تحقیقات کوانتومی در فضا هموار کنند.
به گزارش ایسنا و به نقل از تی ای، ایجاد یک حباب فوق‌سرد(احتمالا چگالش بوز–اینشتین) به برخی موارد از جمله جریان گرداب کوانتیزه‌شده محدود به توپولوژی سطح بسته، حالت‌های جمعی و خود تداخلی از طریق گسترش حباب مربوط می‌شود.
محققان ناسا با استفاده از یک پروتکل پوششی فرکانس رادیویی، حباب‌هایی از اتم‌های فوق سرد را در آزمایشگاه اتم سرد ناسا(Cold Atom Lab) ایجاد کردند. آزمایشگاه اتم سرد اولین مرکز فیزیک کوانتومی در ایستگاه فضایی بین‌المللی است.
طی این مطالعه دانشمندان نمونه‌های اتمی را برداشتند و آنها را تا نزدیک به صفر مطلق(منفی ۴۵۹ درجه فارنهایت یا منفی ۲۷۳ درجه سانتیگراد) خنک کردند. این کمترین دمایی است که ماده می‌تواند به آن برسد. سپس در گام بعد آنها را به شکل کره‌های بسیار نازک و توخالی در آوردند.
گاز سرد به صورت یک حباب کوچک و گرد شبیه زرده تخم مرغ که به شکل پوسته نازک تخم مرغ در آمده، ایجاد می‌شود. آزمایش‌های مشابه این چنینی روی زمین شکست خورده‌اند زیرا اتم‌ها رو به پایین جمع می‌شوند و در نتیجه چیزی تولید می‌شود که بیشتر از آن که شکل حباب باشد شکل یک لنز تماسی است.
حباب‌های فوق‌سرد در نهایت می‌توانند در آزمایش‌های جدید با ماده‌ای عجیب‌تر به نام حالت پنجم ماده به نام چگالش بوز–اینشتین(Bose–Einstein condensate)مورد استفاده قرار گیرند.
در ادامه مطالعه دانشمندان حباب‌های فوق سرد را در یک محفظه خلاء که درب آن محکم بسته شده بود، ایجاد کردند و سپس از میدان‌های مغناطیسی برای شکل دادن گاز به اشکال مختلف استفاده شد. بزرگترین حباب‌ها حدود یک میلی متر قطر و یک میکرون ضخامت داشتند. آنها آن قدر نازک و رقیق هستند که فقط هزاران اتم آنها را تشکیل می‌دهند. یک میلی متر مکعب هوا روی زمین حدود یک میلیارد تریلیون مولکول دارد.
"دیوید آولین"(David Aveline) نویسنده اصلی این مطالعه و یکی از اعضای تیم علمی آزمایشگاه اتم سرد در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا گفت: اینها مانند حباب‌های صابون معمولی نیستند. هیچ چیز در طبیعت به اندازه گازهای اتمی تولید شده در آزمایشگاه اتم سرد، سرد نمی‌شود. بنابراین ما با بررسی این گاز منحصربه‌فرد شروع کردیم و نحوه رفتار آن را هنگامی که به شکل هندسه‌های اساسا متفاوت شکل گرفت، مطالعه کردیم.
قرار دادن مواد در معرض شرایط فیزیکی مختلف برای درک رفتار آنها ضروری است. گرانش نیروی حیاتی است که بر حرکت و رفتار سیالات تاثیر می‌گذارد. انجام این نوع آزمایش‌ها در ایستگاه فضایی با استفاده از آزمایشگاه اتم سرد، دانشمندان را قادر می‌سازد تا اثرات گرانش را حذف کنند. همچنین انجام این آزمایشات به درک بهتر عوامل دیگری مانند کشش سطحی یک مایع یا ویسکُزیته کمک می‌کند.
گِران‌رَوی یا ویسکُزیته عبارت است از مقاومت یک سیال در برابر اعمال تنش برشی. به تعریفی دیگر، مقاومت اصطکاکی یک مایع یا گاز را در برابر شارش یا لغزیدن لایه‌ها، هنگامی که تحت تنش برشی قرار گیرد، گِران‌رَوی می‌گویند. کشش سطحی نیز ویژگی‌ در مایعات است که باعث می‌شود لایه بیرونی آنها به صورت ورقه‌ای کشسان عمل کند. این همان ویژگی‌ای است که موجب ربایش دو سطح مایع به یکدیگر می‌شود؛ مانند دو قطره آب که همدیگر را می‌ربایند و قطره بزرگ‌تری می‌سازند.
گام بعدی دانشمندان انتقال گاز فوق سرد تشکیل دهنده حباب‌ها به حالت چگالش بوز–اینشتین است. پس از آن، محققان نحوه رفتار آن را تعیین خواهند کرد.