На МКС снова создаётся «пятое состояние материи» — самая холодная точка во Вселенной
В апреле 2026 года на Международную космическую станцию была доставлена обновлённая научная начинка Cold Atom Lab — «Лаборатории холодных атомов» NASA. Установка вернулась в строй, и это уже четвёртое крупное обновление с момента её установки на борту МКС в 2018 году. Снова — и теперь с более широкими возможностями — исследователи получают в своё распоряжение самую холодную точку во всей известной Вселенной: газ атомов, охлаждённый почти до абсолютного нуля, который ведёт себя совсем не так, как привычная нам материя.
«При самых низких температурах материя ведёт себя принципиально иначе, чем всё, с чем мы сталкивались. Волновая природа материи начинает доминировать, и ультрахолодное вещество может вести себя неожиданно, но именно эта неожиданность открывает возможности для точнейших измерений времени, гравитации и движения», — говорит руководитель проекта Cold Atom Lab Джейсон Уильямс из JPL.
Пятое состояние материи: что такое конденсат Бозе-Эйнштейна
Твёрдое тело, жидкость, газ, плазма — четыре привычных агрегатных состояния. Но существует и пятое. При охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю (−459,67°F, −272,95°C), группа атомов может перейти в особое квантовое состояние — конденсат Бозе-Эйнштейна (BEC). В нём атомы, как правило, независимые, теряют индивидуальность и начинают вести себя как единая волна материи. Это не совсем квантовая частица и не совсем классическое вещество: BEC подчиняется законам квантовой механики при масштабе, заметном невооружённым глазом.
Именно поэтому конденсаты Бозе-Эйнштейна так ценны для науки: они позволяют «видеть» квантовые эффекты без микроскопа и использовать их для чрезвычайно точных измерений.
В Земных лабораториях BEC создавали с 1995 года. Но гравитация ограничивает эксперименты: конденсат падает и рассыпается прежде, чем учёные успевают его изучить. В невесомости МКС эта проблема исчезает: BEC удерживается дольше, остывает до более низких температур, а волны материи вырастают крупнее.
Что даёт новое обновление
Обновлённый научный модуль, прибывший на МКС 11 апреля на борту коммерческого грузового корабля, несёт несколько ключевых улучшений:
— Перепроектированная магнитная ловушка с расширенными возможностями изменения формы облаков квантового газа. Это открывает новые пути к изучению свойств ультрахолодных атомов — в частности, квантового поведения сферических и других форм. — Обновлённые источники металлических атомов — рубидия и калия — которые испаряются для создания газовых облаков в вакуумной камере.
«Это ближайший аналог контроля над границей квантового мира», — комментирует менеджер проекта Камаль Удхири из JPL.
Установка также служит испытательным стендом для квантовых приборов, которые в будущем могут использоваться в задачах исследования Земли, навигации и измерения гравитационного поля Луны.
Квантовая революция 2.0
Пять международных исследовательских групп сейчас используют Cold Atom Lab для экспериментов в области фундаментальной физики. Но ставки выше: NASA и JPL смотрят на установку как на плацдарм для целого нового поколения квантовых технологий.
«В прошлом веке была квантовая революция, которая привела к лазерам, мобильным телефонам и МРТ. Мы работаем над квантовыми технологиями 2.0 — прямым управлением большими квантовыми состояниями — и надеемся на схожий рост», — говорит заместитель научного руководителя Cold Atom Lab Итан Эллиотт из JPL.
Практические применения, которые уже разрабатываются на основе ультрахолодных атомных экспериментов:
— Интерферометры материальных волн: сверхточные приборы для измерения гравитационного поля, полезные как для фундаментальной физики, так и для поиска нефтяных и минеральных ресурсов. — Атомные часы нового поколения: потенциально точнее любых существующих. — Квантовые навигационные системы, не зависящие от GPS.
Читайте также по теме: точном измерении размера протона.
Cold Atom Lab — первый в истории прибор, создающий конденсаты Бозе-Эйнштейна в космосе. Восемь лет назад это казалось технической авантюрой. Сегодня — уже доказанный принцип, которому предстоит стать основой новой волны космических технологий.
