NASA випробовує на МКС "п'ятий стан матерії", який порушує закони природи

Унікальна лабораторія на МКС

Міжнародна космічна станція отримала надпотужний інструмент для дослідження таємниць мікросвіту. Астронавти запустили оновлену квантову лабораторію Cold Atom Lab, розроблену в NASA, яка охолоджує атоми майже до абсолютного нуля. Як повідомляє SciTechDaily, цей унікальний прилад розміром із невеликий холодильник дозволить вченим досліджувати загадковий "п'ятий стан матерії" в умовах невагомості.

Квантова фізика вивчає поведінку найдрібніших частинок: атомів, електронів і фотонів. У цьому мікросвіті звичні закони фізики не діють – атоми можуть поводитися як хвилі, проходити крізь перешкоди або перебувати у кількох місцях одночасно. Щоб зафіксувати ці дива, Cold Atom Lab охолоджує атоми до екстремальних температур – нижче мінус 459 градусів за Фаренгейтом, що дорівнює мінус 273,15 градуса за Цельсієм (практично абсолютний нуль).

У таких умовах атоми майже повністю зупиняються і зливаються в один "суператом" – конденсат Бозе-Ейнштейна. Це і є п'ятий стан матерії (після твердого, рідкого, газоподібного та плазми), де панують закони квантової механіки.

За наднизьких температур матерія поводиться зовсім інакше. Хвильова природа атомів починає домінувати, що дозволяє нам проводити надзвичайно точні вимірювання часу, гравітації та руху,
– пояснює Джейсон Вільямс, науковий співробітник проєкту в Лабораторії реактивного руху NASA (JPL).

Створити такі умови на орбіті – надскладне інженерне завдання. Процес починається з нагрівання рубідію або калію до 400 градусів за Цельсієм, щоб отримати газ у вакуумній камері. Потім учені спрямовують на нього лазери, які "гальмують" атоми, забираючи у них енергію та знижуючи температуру. На фінальному етапі магнітна пастка остаточно знерухомлює хмару атомів.

На Землі гравітація швидко руйнує цей стан, але в невагомості на МКС вчені можуть спостерігати за квантовими хвилями набагато довше. Щоб реалізувати це, інженери NASA вмістили величезну наземну лабораторію з лазерами та дзеркалами в один компактний блок на космічній станції.

Астронавтка Джессіка Меїр працює з обладнанням Cold Atom Lab на МКС / Фото NASA

Що змінилося після модернізації?

Це вже четверте оновлення лабораторії з моменту її запуску у 2018 році. Комерційна вантажна місія доставила новий науковий модуль на МКС 11 квітня 2026 року. Вже 8 травня астронавтка Джессіка Меїр успішно завершила монтаж оновленого обладнання, встановивши нові оптичні волокна та допоміжні прилади.

Модернізація принесла два ключові технічні модулі:

• Модуль SM-3X: дозволяє збирати більше атомів та забезпечує вищу гнучкість експериментів. Завдяки йому вчені можуть створювати конденсати Бозе-Ейнштейна, які у 5 разів більші за ті, що отримували на попередніх версіях.
• Модуль HXM-1: оновлює електроніку, яка живить магнітні системи, для підтримки нових можливостей пастки.

Ми здійснюємо квантову революцію 2.0 – вчимося безпосередньо маніпулювати великими квантовими станами. Це відкриє шлях до створення нових технологій, подібних до того, як перша квантова революція подарувала нам лазери, мобільні телефони та МРТ,
– зазначає Ітан Елліотт, заступник наукового керівника проєкту в JPL.

Хто керує дослідженнями та які їхні цілі?

Наразі роботу модернізованої лабораторії підтримують 5 міжнародних дослідницьких груп. Окрім прикладних вимірювань, експерименти в Cold Atom Lab спрямовані на вирішення фундаментальних наукових питань:

• Перевірка принципів загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна;
• Пошук відповідей на загадки темної матерії та темної енергії;
• Розробка надточних інтерферометрів для навігації та гравітаційного зондування Землі й Місяця.

Проєктом керує Каліфорнійський технологічний інститут (Caltech) у Пасадені. Лабораторія реактивного руху NASA (JPL) спроєктувала, побудувала та продовжує керувати роботою установки на орбіті. Спонсорує дослідження відділ біологічних і фізичних наук (BPS) Директорату наукових місій NASA у Вашингтоні.

Як підкреслив керівник проєкту Камаль Оудрірі, це оновлення дозволяє вченим підійти впритул до контролю над межею квантового світу та гарантує лідерство у розвитку космічних квантових технологій майбутнього.