Kuantum araştırma yetenekleriyle tanınan NASA’nın Soğuk Atom Laboratuvarı, deney kapasitesini artırmak için önemli bir donanım yükseltmesi aldı ve potansiyel olarak gelişmiş kuantum uzay görevleri çağını başlattı. Kredi: NASA
NASASoğuk Atom Laboratuvarı ikinci büyük yükseltmesini alıyor ve bunu kuantum dünyasını keşfetmek için kullanacak.
NASA’nın Soğuk Atom Laboratuvarı için büyük bir donanım güncellemesi, 1 Ağustos’ta Northrop Grumman Cygnus ikmal uzay aracında başlatıldı. Uluslararası Uzay istasyonu (ISS). Küçük bir buzdolabı büyüklüğündeki laboratuvar, atomları neredeyse dondurabilme yeteneğinden dolayı bazen bilinen evrendeki en soğuk yer olarak anılır. tamamen sıfır. Dünyadaki düzinelerce bilim insanının, etrafımızdaki dünyayı oluşturan atomların ve parçacıkların temel davranışlarını inceleyen kuantum bilimi alanında deneyler yapmasına olanak tanıyor.
Kuantum bilimi alanı, lazerler, transistörler (akıllı telefonlarda ve bilgisayarlarda önemli bir bileşen), Küresel Konumlama Sistemi uydular ve tıbbi cihazlar. Bu alandaki gelecekteki ilerlemeler, uzay tabanlı navigasyon ve iletişimi geliştirmeyi vaat ediyor.
Cold Atom Lab görev ekibinin bir üyesi Kuantum Gözlemci Modülü üzerinde çalışıyor. Laboratuvar, 2018’den beri Uluslararası Uzay İstasyonunda faaliyet gösteren bir kuantum bilimi tesisidir. Bu modül, laboratuvarın bilim yeteneklerinin bir yükseltmesidir. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
2018 yılında kurulan Soğuk Atom Laboratuvarı türünün ilk tesisidir ve görev ekibi, istasyonun ağırlıksız ortamında Dünya üzerinde tasarlanan deneyleri uzaktan nasıl gerçekleştireceklerini çözerken zorlu bir öğrenme süreci yaşadı. Ekibin Kuantum Gözlemci Modülü olarak adlandırdığı yeni donanım, Cold Atom Lab’ın beş yıllık operasyonları boyunca öğrenilen bazı dersleri içeriyor.
Durumun Ciddiyetini Anlamak
NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı Soğuk Atom Laboratuvarı proje bilimcisi Jason Williams, “Soğuk Atom Laboratuvarı’nda gerçekleştirdiğimiz deneyler bir gün yerçekimini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ölçmemize olanak tanıyacak ve bu, uzayda sahip olunması gereken son derece değerli bir araç” dedi. NASA için tesisi yöneten kişi.
Bir gezegenin veya ayın yoğunluk dağılımını değerlendirmenin bir yolu, yüzey boyunca yerçekimindeki değişiklikleri ölçmektir; böylece bilim adamları farklı dünyaların bileşimini yörüngeden inceleyebilir veya suyun Dünya üzerindeki hareketini izleyebilir. Yer çekiminin ölçülmesi aynı zamanda bilim adamlarının hassas uzay navigasyonunda kullanılabilecek bir uzay aracının ivmesini ölçmesine de olanak tanır.
Uluslararası Uzay İstasyonunda faaliyet gösteren bir kuantum bilimi tesisi olan Soğuk Atom Laboratuvarı, yaklaşık olarak küçük bir buzdolabı boyutundadır. Güney Kaliforniya’daki JPL’den uzaktan çalıştırılan tesis, atomların ve parçacıkların kuantum doğasına ilişkin düzinelerce deneye ev sahipliği yaptı. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Ayrıca kuantum sensörleri, karanlık madde ve karanlık enerji gibi kozmolojik gizemleri inceleyen uzay tabanlı görevlerde de kullanılabilir. Karanlık madde, evrendeki maddeyi bir araya getiren görünmez bir malzemedir; karanlık enerji ise evrenin genişlemesinin hızlanmasına neden olan daha da gizemli bir olgudur.
Her ne kadar Cold Atom Lab günlük operasyonlarında astronotlara ihtiyaç duymasa da, bir mürettebat üyesi bu sonbaharda Kuantum Gözlemci Modülünü kuracak. Astronotlar laboratuvardaki önceki yükseltmeleri ve onarımları desteklemişti.
Northrop Grumman Cygnus ikmal uzay aracı – Soğuk Atom Laboratuvarı için donanım yükseltmesi de dahil olmak üzere Uluslararası Uzay İstasyonu için 8.200 poundun üzerinde bilimsel araştırma ve kargo taşıyor – 1 Ağustos’ta NASA’nın Virginia’daki Wallops Uçuş Tesisi’nden havalanıyor. Kredi: NASA/JPL -Caltech
Maddenin kalbi
Atomlar ve parçacıklar evrendeki bilinen tüm maddenin yapı taşlarıdır. Ancak her zaman oluşturdukları daha büyük nesneler gibi davranmazlar. Kuantum doğaları, katı nesneler gibi davranmak ile dalgalar gibi davranmak arasında salınabilecekleri anlamına gelir; dolayısıyla bazen aynı anda iki yerdeymiş gibi görünürler. Ayrıca kuantum tünelleme adı verilen bir olay olan fiziksel engelleri de anında geçebilirler.
Cold Atom Lab, atomların kuantum davranışlarını incelemeyi kolaylaştırır. Bunun bir yolu, atomları maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklık olan mutlak sıfırın bir derecenin üzerindeki küçük kesirlere kadar soğutmaktır. Bu, atomların daha yavaş hareket etmesine neden olur ve bu da onların incelenmesini kolaylaştırır. Ek olarak, bu sıcaklıktaki bazı atomlar topluca, maddenin tipik olarak mikroskobik olan kuantum davranışlarının makroskobik ölçekte gözlemlenebildiği bir Bose-Einstein Yoğuşması oluşturabilir. (Aşağıdaki videoya bakın.)
Bilim adamları soğuk performans sergiledi atom Onlarca yıldır yerde deneyler yapılıyor ama Dünya’da vakum odalarında incelenen atomlar yerçekimi nedeniyle hızla yere düşüyor. Soğuk Atom Laboratuvarı’nda atomlar daha uzun süre ağırlıksız olarak yüzer, bu da bilim adamlarına onları manipüle etmeleri ve nasıl davranıp geliştiklerini incelemeleri için daha fazla zaman tanır. Araştırmacılar ayrıca aşırı soğuk atomları kabarcıklara ve Dünya’da oluşması imkansız olan diğer benzersiz şekillere dönüştürebiliyorlar. Bu, farklı geometrilerin kuantum malzemelerin davranışını nasıl etkilediğini ortaya koyuyor.
Kuantum Sıçraması
Soğuk Atom Laboratuvarı yükseltmesi, tesis içindeki her deney için iki ila üç kat daha fazla atom üretecek. Williams, “Bu, daha yüksek çözünürlüklü bir teleskopa geçmeye benzer” dedi. “Daha fazla atomla bilim insanları her deneyde daha fazla veri toplayabilir ve yapabilecekleri deney çeşitliliğini de genişletebilirler.”
Bilim insanları, ultra soğuk atomların evrimleştikçe fiziksel dinamikleri ve birbirleriyle etkileşimleri de dahil olmak üzere davranışları hakkında daha ayrıntılı görüşlere sahip olacaklar. Atom bulutları genişledikçe doğal olarak soğuduğundan, daha fazla atom aynı zamanda atomların tamamen dağılmadan önce daha düşük sıcaklıklara ulaşabileceği anlamına da gelir.
Cold Atom Lab’ın proje yöneticisi Kamal Oudrhiri, “Cold Atom Lab’ın, kuantum araçlarının uzayda düzenli olarak kullanıldığı bir çağın başlangıcına işaret edeceğini umuyoruz” dedi. JPL. “Cold Atom Laboratuvarı sayesinde bu hassas kuantum araçlarının güvenilir olduğunu ve hatta uzayda yükseltilebilir olduğunu gösterdik. Soğuk Atom Laboratuvarı’nın gelecek birçok kuantum uzay görevinden sadece ilki olmasını umuyoruz.”
Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi
Soğuk Atom Laboratuvarı, NASA’nın Bilim Misyonu Direktörlüğü’nün Biyolojik ve Fiziksel Bilimler (BPS) Bölümü sponsorluğunda JPL’de tasarlandı ve inşa edildi. 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.