Квантовый холодильник в космосе: как NASA создаёт пятое состояние вещества на орбите

NASA объявило об успешной установке и запуске четвёртого крупного пакета обновлений бортовой квантовой лаборатории МКС — Cold Atom Laboratory (CAL). Модернизированная установка, по габаритам напоминающая небольшой холодильник, теперь позволяет охлаждать атомы рубидия и калия до температур, почти невозможных для достижения на Земле, и изучать экзотические квантовые состояния материи в условиях практически нулевой гравитации.

Что такое пятое состояние вещества

Привычные нам агрегатные состояния — твёрдое, жидкое, газообразное и плазма. Однако при охлаждении атомов до долей градуса выше абсолютного нуля (–273,15 °C) обнаруживается пятое состояние: бозе-эйнштейновский конденсат (БЭК). В нём множество атомов теряют индивидуальность и начинают вести себя как единая квантовая волна. Вещёство в таком состоянии демонстрирует эффекты, немыслимые в повседневном мире: квантовую суперпозицию, запутанность на больших пространственных масштабах и интерференцию волн материи.

Проект-учёный CAL Джейсон Уильямс из Лаборатории реактивного движения NASA подчёркивает: при сверхнизких температурах материя ведёт себя принципиально иначе, чем всё, с чем мы сталкиваемся в обычной жизни. Волновая природа вещества начинает доминировать, открывая возможность для сверхточных измерений времени, гравитации и движения.

Зачем нужна невесомость

Главная проблема изучения БЭК на Земле — гравитация. Под её воздействием конденсат за доли секунды падает на дно ловушки, не успевая эволюционировать. На МКС условия микрогравитации позволяют облаку атомов расширяться и развиваться значительно дольше, открывая режимы, недостижимые в наземных лабораториях. Это принципиально важно для изучения квантовых эффектов при нулевых энергиях движения.

Ключевые улучшения четвёртого пакета обновлений:

• Переработанная магнитная ловушка для более стабильного удержания атомного облака.
• Улучшенные источники атомов рубидия и калия для более чистых и воспроизводимых экспериментов.
• Расширенные измерительные возможности, включая новые оптические схемы.
• Компоненты были доставлены на МКС в апреле 2026 года, установлены и введены в эксплуатацию экипажем.
• Уже получены первые научные данные нового уровня точности.

Технологии будущего

Замдиректора проекта Итан Эллиот называет текущие эксперименты «Квантом 2.0» — прямым управлением большими квантовыми состояниями. В прошлом веке первая квантовая революция подарила лазеры, мобильные телефоны и МРТ. Исследователи надеются, что квантовые технологии второго поколения дадут не менее значимые практические результаты: сверхточные часы, квантовые гравиметры для картирования недр Земли и навигационные системы, способные работать на Луне без GPS.

Читайте также по теме: экзотических квантовых состояниях материи.

**Изображение:** внешний вид модуля МКС и интерьер с компактной квантовой лабораторией Cold Atom Laboratory.