Uzayda Üretilen Egzotik Madde Yerçekimi Dalgaları Avını Artırabilir
Uzayda yapılan Bose-Einstein yoğuşmaları, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için yeni bir araç sağlayabilir. Mikro Yerçekimi deneyinde (MAIUS-1) Madde-Dalga İnterferometrisi deneyinde, Alman araştırmacılardan oluşan bir ekip, uzayda Bose-Einstein yoğuşmaları oluşturmak için bu atom çipini kullandı. (Resim kredisi: DLR)
Alman bilim adamları, uzaya küçük, atom dolu bir çip fırlatıp lazerlerle patlatarak, ilk kez uzayda Bose-Einstein yoğuşması olarak bilinen egzotik bir madde hali yarattılar. Bulguları, yerçekimi dalgalarını veya uzay-zamandaki dalgalanmaları aramak için yeni bir yol için zemin hazırlayabilir.
Mikro Yerçekimi deneyinde Madde-Dalga İnterferometrisi (MAIUS-1), 23 Ocak 2017'de İsveç'teki Esrange Uzay Merkezi'nden bir sondaj roketi üzerinde fırlatıldı. Görev yalnızca ilk uzay tabanlı Bose-Einstein yoğunlaşmasını yaratmayı başarmakla kalmadı, aynı zamanda ancak araştırmacılar, 6 dakikalık uzay uçuşu sırasında bu örnekle 100'den fazla deney yaptılar. Çalışmanın sonuçları Nature dergisinde bugün (17 Ekim) yayınlandı .
İLE Bose-Einstein yoğuşması (BEC), bir atom bulutu mutlak sıfıra yaklaşan sıcaklıklara veya eksi 459.67 Fahrenheit'e (eksi 273.15 santigrat derece) eşit olan 0 Kelvin'e soğutulduğunda oluşan bir madde halidir. Atomlar yeterince soğuduğunda, tek tek atomlar gibi davranmayı bırakırlar ve aynı, mümkün olan en düşük enerji durumunu işgal ederken bir araya toplanırlar. Başka bir deyişle, atomlar birbirinden ayırt edilemez hale gelir ve küme tek bir atom gibi davranmaya başlar. [ İnfografik: Yerçekimi Dalgaları Nasıl Çalışır ]
Bu fenomen, bir Kuantum mekaniği Işık ve maddenin hem parçacıkların hem de dalgaların özelliklerini sergilediğini söyleyen dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen ilke. Bir parçacığın dalga boyu, sıcaklığıyla doğrudan ilişkilidir. Yüksek enerjili parçacıklar daha kısa dalga boylarına sahipken, düşük enerjili parçacıklar daha uzun dalga boylarına sahiptir. Bir grup atomu, hepsi aynı düşük enerji durumunu işgal edene kadar soğutarak, dalga boyları tüm atom bulutu boyunca uzanır ve özdeş hale gelir.
Atomları mümkün olduğu kadar soğuk hale getirmek için bilim adamları 'adlı bir yöntem kullanırlar. lazer soğutma .' Bir lazer ışını bir atoma bir foton (veya bir ışık parçacığı) fırlattığında, foton atom tarafından emilir ve bu süreçte momentumunu azaltır. Çünkü bu fotonların başlangıçta kendi momentumları vardır ve bir atom bir fotonu emdiğinde, fotonun momentumunu da emer. Kafa kafaya çarpışmada bu, atomun momentum kaybetmesine veya yavaşlamasına neden olur. Atomlar ne kadar yavaş hareket ederse, sıcaklık o kadar düşük olur.
MAIUS görevi sırasında, uzayda ilk BEC'yi oluşturmak için bir rubidyum atomu örneği soğutuldu. Ancak belki de bu tarihi ilkinden daha heyecan verici olan, araştırmacıların BEC ile yaptıkları ve uzaydaki yerçekimi dalgalarını Dünya'da yapılandan daha hassas bir şekilde ölçmenin mümkün olabileceğini gösteren deneylerin sonuçlarıydı.
MAIUS-1 deneyi yapan mühendisler, sondaj roketine yük yükler.(Resim kredisi: DLR)
Louisiana'daki yer tabanlı Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nde (LIGO) yerçekimi dalgalarının keşfi, 2017'de üç fizikçiye Nobel Ödülü kazandırdı. Uzaydaki BEC'ler yerçekimi dalgaları avını artırmaya yardımcı olabilir. Almanya, Hannover'deki Leibniz Üniversitesi'nde araştırmacı ve önde gelen araştırmacılardan biri olan Maike Lachmann, uzay temelli ölçümlerle, 'ilke olarak LIGO'dan başka frekanslara duyarlı atom interferometrisi kullanarak bir yerçekimi dalgası dedektörü kurabiliriz' dedi. MAIUS deneyi için, demokratija.eu'a söyledi.
Araştırmacılar, atom interferometresi olarak bilinen bir cihaz kullanarak, madde dalgalarını ikiye bölmek için lazer ışınları kullandılar, ardından dalgaları bir girişim deseni oluşturacak şekilde yeniden birleştirdiler. Atomlar 'serbest düşüş' veya bir mikro yerçekimi ortamındayken, ölçümler 'yerçekimi alanı gibi atalet kuvvetlerine duyarlıdır' dedi Lachmann. Lachmann, 'Hassasiyet, BEC'nin interferometrede geçirdiği zamanla kuadratik olarak ölçekleniyor,' dedi ve Dünya üzerinde bu tür bir deney yaparken, 'BEC'nin kısa bir süre sonra yere çarpması sorununu her zaman yaşıyorsunuz... Uzayda siz mikro yerçekimi koşullarına sahipler, bu yüzden prensipte istediğiniz kadar gözlemlenebilir.'
Şanghay'daki Çin Bilimler Akademisi'nde araştırmaya dahil olmayan bir araştırmacı olan Liang Liu, bu yeni araştırma 'Dünya'da mümkün olmayan deneyler yapmak için kullanılabilecek uzayda kuantum sensörlerinin yolunu açıyor' diye yazdı. eşlik eden Doğa Haberleri ve Görünümler makalesi . 'Örnekler, genellikle erişilemeyen bir frekans aralığında yerçekimi dalgalarını algılamayı, olası ultra hafif karanlık madde parçacıklarını algılamayı ve Einstein'ın genel görelilik teorisiyle ilişkili ince etkileri gözlemlemeyi içerir. Kim bilir, uzayda taşınan kuantum sensörleri, evrenin hangi gizemlerini açığa çıkarabilir.”
Bilim adamları bu deneyi uzayda gerçekleştirmeden önce, BEC'leri üretmek için gereken bilimsel ekipmanı minyatürleştirmenin bir yolunu bulmaları gerekiyordu. Hanover Üniversitesi'nden ortak yazar Stephan Seidel, 'Normalde, böyle bir cihaz bütün bir laboratuvar odasını doldurur,' diyor. bir açıklamada söyledi . 'Sondaj yapan bir roket üzerinde uçabilecek kadar kompakt ve sağlam bir sistem tasarlamak, bilim adamları ve mühendisler için büyük bir zorluk oldu.' Sondaj roketi yalnızca yaklaşık 8.2 fit (2.5 metre) boyunda ve 20 inç (0,5 m) çapındadır.
MAIUS görevi başladığından beri, Soğuk Atom Laboratuvarı olarak bilinen benzer bir deney Uluslararası Uzay İstasyonuna gönderildi. Mayıs ayında uzay istasyonuna fırlatılan Soğuk Atom Laboratuvarı, o zamandan beri MAIUS görevine çok benzeyen bir rubidyum atomu bulutunu soğutarak BEC'ler yarattı.
Rubidyum Lachmann, 'yoğuşmaya kadar bulutu soğutmak için en kolay atomik türlerden biri' dedi, 'ancak bunu diğer türlerle yapmak elbette mümkün. Sonraki iki MAIUS görevi için (MAIUS-2 ve -3) Potassium-41'i ikinci tür olarak ekleyeceğiz.' Bu görevler 2018 ve 2019'da başlayacak.
Hanneke Weitering'e email@example.com adresinden e-posta gönderin veya onu takip edin @hannekescience . Bizi Twitter'da takip edin @Spacedotcom ve üzerinde Facebook . Orijinal makale uzay.com .