فضانوردان موفق به خلق حالت پنجم ماده در ایستگاه فضایی بین‌المللی شدند

«آزمایشگاه اتم سرد» (CAL) ناسا در سال ۲۰۱۸ توسط راکت اسپیس ایکس به فضا فرستاده شد. این آزمایشگاه در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) به تحقیق و توسعه فناوری‌های کوانتومی کمک می‌کند و اخیرا فضانوردان در آن توانسته‌اند حالت پنجم ماده را خلق کنند.

محققان ناسا اخیرا گزارش کرده‌اند که موفق به خلق «چگالش بوز-اینشتین» (BECs) شده‌اند. حالت پنجم ماده زمانی که اتم‌های عنصرهای خاص در دمای نزدیک به صفر مطلق یا صفر کلوین قرار می‌گیرند، شکل می‌گیرد. BEC از نظر ظاهر، نرمی و رسانایی عملکردی مشابه با فلز پتاسیم و فلز سزیم دارد.

از این حالت به عنوان حالت پنجم ماده یاد می‌شود چرا که در BEC، ماده به عنوان ذرات مستقل رفتار نمی‌کند و در حالت کوانتومی واحد فرو می‌ریزد که می‌توان آن را با عملکرد یک موج یکنواخت توصیف کرد. مشکل اصلی BEC، شکنندگی بالای آن است. برای دسترسی به این حالت باید دمای عنصر کاهش پیدا کند، بنابراین ارتباط با عامل خارجی می‌تواند دمای آن را افزایش دهد که نتیجه آن، عبور از آستانه چگالش است.

با توجه به این موارد، ساخت حالت پنجم ماده تقریبا در زمین غیرممکن است. علاوه بر دمای بالا، گرانش زمین نیز با میدان‌های مغناطیسی موردنیاز برای نگهداری BEC در محلی برای مطالعه نیز تداخل دارد. ریزگرانش به دانشمندان اجازه می‌دهد که اتم‌ها را با نیروهای ضعیف‌تری محدود کنند چرا که دیگر نیازی به مقابله با گرانش نیست.

اگرچه در گذشته در زمین حالت پنجم ماده خلق شده، اما بر اساس مقاله‌ای که در ژورنال «Nature» به چاپ رسیده، تفاوت‌هایی میان خواص آن‌ها و BEC تولید شده در ISS وجود دارد. این حالت در زمین تنها چند میلی ثانیه دوام می‌آورد اما در ایستگاه فضایی بین‌المللی این حالت توانسته بیش از یک ثانیه باقی بماند که اگرچه زمان بالایی نیست اما محققان می‌توانند بیشتر روی خواص آن مطالعه کنند.

ریزگرانش موضوع دیگری است که باعث می‌شود فضانوردان در ISS نیاز به میدان مغناطیسی ضعیف‌تری برای دستکاری اتم‌ها داشته باشند. علاوه بر این، ریزگرانش می‌تواند فرایند کاهش دما را سرعت ببخشد و همچنین امکان ثبت تصاویر شفاف‌تر را فراهم کند.