국제 물리학 자 팀에 따르면 처음으로 우주에서 Bose-Einstein 응축수를 성공적으로 생산했다고보고했습니다. 지난 주에 발표 된이 연구 에서이 그룹은 Bose-Einstein 응축수를 생성 할 수있는 소형 장치를 어떻게 만들고, 로켓에 부착했는지, 그리고 자유 낙하 중에 수행 된 실험을 설명합니다.
.그렇게함으로써, 팀은 이전 실험 기술보다 더 큰 시간 동안 양자 가스의 역학 및 위상 전이를 관찰 할 수있었습니다.
.이 연구는 Bose-Einstein 응축수와 관련된 기술 및 실험 기술의 도약을 나타냅니다. Bose-Einstein 응축수는 생산 및 유지하기가 어렵고 실험을 수행하기가 훨씬 어렵습니다. 자유 낙하의 미세 중력 환경은 Bose-Einstein 응축수를 철저히 관찰 할 수있는 분리 된 영역을 제공합니다.
또한 팀은 운송 및 쉽게 설치할 수있는 강력한 BEC를 생산할 수있는 장치를 만들었습니다. 양자 가스의 적용에는 초 민감한 간섭계, 센서, 실온 초전도체 및 양자 컴퓨터가 포함됩니다. 이 연구에 따르면 실험의 성공은“양자 가스 실험을위한 새로운 시대를 열어줍니다.” 이 논문은 Preprint Publication Arxiv에서 전체적으로 읽을 수 있습니다.
Bose-Einstein 응축수 및 자유 낙하 환경
BOSE-Einstein 응축수 (BEC)는 Bosonic 입자의 가스를 절대 0에 매우 가까운 온도로 냉각시켜 생성 된 물질 상태입니다. 이러한 온도로 냉각되면 입자는 가능한 가장 낮은 에너지 상태를 차지하기 시작하고 입자 파 이중성 및 파동 기능 간섭과 같은 양자 현상은 거시적 (분자) 척도에서 명백 해집니다. BECS는 초 유성, 초전도성 및 과장된 파도 같은 특성과 같은 여러 가지 이상한 특성을 나타냅니다.
.그것들은 이러한 저에너지 상태에 존재하기 때문에 BEC는 운동 에너지의 가장 작은 변화에도 반응합니다. 이 특성은 Pico-또는 Femto-Kelvin 지역의 온도에 해당하는 운동 에너지의 변화를 등록 할 수 있기 때문에 중력파를 감지하는 센서에 이론적으로 유용합니다. (켈빈의 1 만 분의 1). 그러나, 지상 환경에서, 중력의 존재는 종종 가스의 구조를 방해하여 명확한 관찰을 방지합니다. 따라서, BEC의 대부분의 관측은 키가 큰 탑에서 떨어지는 것을 포함하여, 네트 중력력이 장치에 작용하지 않을 때 자유 낙하 중 관찰이 이루어질 수 있도록했다. 타워에서 떨어 뜨리면 관찰을하기 위해 몇 초의 창만 제공합니다.
그래서 팀은 로켓이 지구로 떨어질 때 말 그대로 BEC를 우주로 쏘는 것에 대한 훌륭한 아이디어를 가지고있었습니다. 공간의 미세 중력 환경은 이전 실험보다 관찰 시간이 길어질 수 있습니다. 생산 및 포함하기가 어렵고 BEC는 일반적으로 대형 특수 챔버로 만들어 지므로 팀은 300kg 로켓에 적합 할 수있는 무언가로 해당 디자인을 소형화하는 방법을 찾아야했습니다. 최종 장치는 Rubidium-87 원자 그룹, 정확한 레이저, 전자 제품 및 전원을 담은 칩을 함유하는 캡슐로 구성되었습니다. 이 팀은 2017 년 1 월 스웨덴의 키루나에서 발사 된 Maius I Rocket에 기타 장치를 배치했습니다. 그 기간 동안 팀은 초기 이륙, 가속 및 그에 따른 자유 낙하 중에 수백 가지 실험을 할 수있었습니다. 구체적으로, 팀은 이륙 가속 동안 레이저 냉각 및 입자의 포획, 물질파 간섭계 기술을 사용한 BEC의 진화 및 조작을 조사했습니다. 실험은 1 년 전에 실험되었지만 비행 중에 수집 된 데이터의 완료된 분석을보고 있습니다.
여행의 높이에서, 칩은 Rubidium-87 원자를 -273.15 ° C의 온도로 냉각시켰다. 그래서 6 분 동안, 실험 장치는 알려진 우주에서 가장 차가운 대상이라는 영광을 가졌습니다.
BECS의 제안 된 응용 중 하나는 중력파 검색을 돕는 것입니다. 시공간 에서이 매우 작은 잔물결을 감지하기 위해 천체 물리학 자들은 현재 레이저 빔을 분할하여 재결합합니다. 파도 패턴의 불일치는 간섭의 징후를 보여주고 중력파의 존재를 나타낼 수 있습니다. 이것은 2016 년에 Ligo 연구원들이 중력파를 처음으로 관찰하기 위해 사용한 기술이었습니다. 로켓에서 실험은 BECS가 중력파를 감지하는 대안 방법을 제공 할 수 있음을 보여주었습니다.
.팀은 레이저를 사용하여 입자 구름을 반으로 나눈 다음 재결합했습니다. 각각의 절반의 입자는 정확히 동일한 상태를 공유하기 때문에, 재결합 할 때, 파동 패턴의 변화는 중력파의 외부 영향을 나타낼 수있다. BECS는 FEMTO-KELVIN 스케일에서 운동 에너지 입력에 해당하는 행동의 변화를 표현하기 때문에, 이들은 매우 낮은 에너지 중력파의 존재를 감지하는 이상적인 물질이 될 것입니다. 지구상에서는 자유 낙하에서 불가능한 변화를 감지 할 시간이 충분하지 않지만 공간의 미세 촬영 환경은 일시적으로 강력한 측정을 방해 할 수 있습니다.
NASA는 이미 BEC 연구를 수행하기위한 우주 기반 플랫폼의 잠재력을 깨달았으며 현재 ISS에 CAL (Cold Atom Laboratory)을 설정하는 과정에 있지만 아직 완전히 기능하지는 않습니다. 그 동안, 팀은 공간의 미세 중력 환경에서 BEC에 대한 실험 실험의 결실을 보여 주었다. 미래를 위해 더 많은 마우이스 임무가 계획되어 있습니다.
BECS의 역학 및 위상 전환에 대한 풍부한 자세한 관찰을 제공하는 것 외에도이 팀은 비교적 적은 비용으로 우주로 보낼 수있을 정도로 강력하고 안정적인 BEC를 만들 수있는 장치를 만들었습니다. BECS는 양자 컴퓨터 및 통신 시스템에서의 응용 프로그램에 대해 조사되고 있으므로 광자 기반 양자 정보 개념을 미니어처링하여 양자 통신 위성을 향한 길을 열어 양자 인터넷을 현실로 만들 수 있습니다.
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