A szabadon eső testek mozgása független összetételüktől. Ez az egyik alapja az Einstein-féle ekvivalencia-elvnek (EEP), amely a gravitáció modern megértését támasztja alá. Ezt az elvet azonban folyamatosan vizsgálják. Bármilyen megsértése támpontot adna számunkra a sötét energia és a sötét anyag keresésében, miközben a fekete lyukak és más rendszerek megértését is segíti, ahol a gravitáció és a kvantummechanika találkozik.
Az amerikai, francia és német tudósok most új rendszert hoztak létre az EEP tesztelésére: két ultrahideg kvantumgáz keverékét, amely a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén kering a Föld körül. Bemutatták az első kettős atominterferométert is az űrben, amelyet az EEP tesztelése felé tett „fontos lépésnek” neveznek. A kérdés, amit ezzel a kísérlettel kívánnak megválaszolni, egyszerű: vajon két különböző tömegű atom azonos sebességgel esik?
Hideg atomok az ISS-en
Az ISS ad otthont a Hideg atom laboratórium (CAL), amely az űrbeli atomok „játszótere”. A 2018-ban piacra dobott, 2020-ban pedig létrehozta az első űrben szállított Bose-Einstein kondenzátumot (BEC) – egy különleges halmazállapotot, amelyet az atomok abszolút nulla feletti hőmérsékletre való hűtése után lehet elérni. Ez az első kvantumgáz ultrahideg rubídium atomokból állt, de a 2021-es fejlesztést követően a CAL mikrohullámú forrást is tartalmaz a káliumatomok kvantumgázainak előállítására.
A legfrissebb munkában, amely leírása a Természet, a CAL tudósai mindkét faj kvantumkeverékét hozták létre az ISS-en. "Ennek a kvantumkeveréknek az űrben történő előállítása fontos lépés az Einstein-féle ekvivalencia-elv tesztelésére szolgáló nagy pontosságú mérések kifejlesztése felé" - mondja Gabriel Müller, a németországi Hannoveri Leibniz Egyetem PhD hallgatója, aki részt vesz a kísérletben.
Ennek a keveréknek az elérése érdekében a csapat a rubídium atomokat mágneses csapdába zárta, és hagyta, hogy a legenergiásabb "forró" atomok elpárologjanak a csapdából, így a "hideg" atomokat hátrahagyva. Ez végül fázisátmenethez vezet kvantumgázzá, amikor az atomok egy bizonyos kritikus hőmérséklet alá süllyednek.
Bár ez a folyamat a káliumatomoknál is működik, mindkét faj egyidejű elpárologtatása ugyanabban a csapdában nem egyszerű. Mivel a rubídium és a kálium atomok belső energiaszerkezete eltérő, a kezdeti hőmérsékletük a csapdában eltérő, így a csapda optimális körülményei és a kritikus hőmérséklet eléréséhez szükséges párolgási idő is változik. Ennek eredményeként a tudósoknak más megoldáshoz kellett fordulniuk. „A kálium-kvantumgáz nem párolgásos hűtéssel keletkezik, hanem „szimpatikusan” lehűtik az elpárolgott ultrahideg rubídium gázzal való közvetlen hőkontaktus révén” – magyarázza Müller.
Ennek a kvantumgáznak az űrben történő előállításának megvannak a maga előnyei – teszi hozzá. „A Földön van egy gravitációs megereszkedés, ami azt jelenti, hogy két különböző tömegű atom nem lesz ugyanabban a helyzetben a csapdában. Az űrben viszont gyenge a gravitációs kölcsönhatás, és a két faj átfedi egymást. A mikrogravitációs munka ezen aspektusa elengedhetetlen a két faj közötti kölcsönhatások megfigyelésére irányuló kísérletek elvégzéséhez, amelyeket egyébként eltérítene a gravitáció hatása a Földön.
A kvantumállapot-mérnökség döntő szerepe
A rubídium és kálium atomok kvantumkeverékének előállítása egy lépéssel közelebb viszi a CAL-csapatot az EEP teszteléséhez, de a kísérlet más elemeit még meg kell szelídíteni. Például, bár a két faj átfedi egymást a csapdában, amikor kiengedik őket, kezdeti helyzetük kissé eltér. Müller kifejti, hogy ez részben az egyes atomfajok eltérő dinamikát eredményező tulajdonságainak köszönhető, de az is, hogy a csapda felszabadulása nem azonnali, vagyis az egyik faj a másikhoz képest maradék mágneses erőt tapasztal. Az ilyen szisztematikus hatások könnyen az EEP megsértésének tűnhetnek, ha nem kezelik őket megfelelően.
Emiatt a tudósok figyelmüket csapdáik szisztematikájának jellemzésére és a nem kívánt zaj csökkentésére fordították. „Ezt a munkát Hannoverben aktívan végezzük, hogy mindkét faj jól megtervezett bemeneti állapotát hozzuk létre, ami kulcsfontosságú lesz, mivel hasonló kezdeti feltételekre van szükség az interferométer elindítása előtt” – mondja Müller. Hozzáteszi, hogy a kezdeti helyzetprobléma egyik megoldása az lenne, ha mindkét fajt lassan egyetlen pozícióba szállítanák, mielőtt kikapcsolnák a mágneses csapdát. Bár ez nagy pontossággal megtehető, az atomok felmelegedésének és egy részük elvesztésének rovására megy. A tudósok ezért azt remélik, hogy a gépi tanulás segítségével optimalizálhatják a szállítási mechanizmust, és ezáltal hasonló módon, de sokkal gyorsabban szabályozhatják az atomi dinamikát.
Kettős fajú atom interferométer az űrben
Amint ezek a problémák megoldódnak, a következő lépés egy EEP-teszt elvégzése lenne, kettős fajú atominterferometriával. Ez azt jelenti, hogy fényimpulzusokat használnak a két ultrahideg atomfelhő koherens szuperpozíciójának létrehozására, majd ezek újrakombinálását, és egy bizonyos szabad evolúciós idő elteltével hagyják, hogy interferáljanak. Az interferenciamintázat értékes információkat tartalmaz a keverék gyorsulásáról, amelyből a tudósok ki tudják vonni, hogy mindkét faj ugyanazt a gravitációs gyorsulást tapasztalta-e.
Ebben a technikában korlátozó tényező az, hogy a lézersugár és az atomminta helyzete mennyire fedi egymást. „Ez a legtrükkösebb rész” – hangsúlyozza Müller. Az egyik probléma az, hogy az ISS-en lévő rezgések hatására a lézerrendszer rezeg, ami fáziszajt visz be a rendszerbe. Egy másik probléma, hogy a két faj eltérő tömeg- és atomienergia-szintű szerkezete arra készteti őket, hogy eltérően reagáljanak a rezgészajra, ami a két atominterferométer közötti fáziseltolást idézi elő.
A legújabb munkában a tudósok demonstrálták a keverék egyidejű atominterferometriáját, és relatív fázist mértek a rubídium és a káliumatomok interferenciamintázata között. Jól tudják azonban, hogy egy ilyen szakasz valószínűleg az általuk kezelt zajforrásoknak köszönhető, nem pedig az EPP megsértésének.
Jövőbeli küldetések
Új tudományos modult indítottak az ISS-ben, melynek célja az atomszám növelése, a lézerforrások fejlesztése és új algoritmusok bevezetése a kísérleti sorozatba. Alapvetően azonban a CAL tudósai arra törekszenek, hogy a technika jelenlegi állását meghaladó inerciális precíziós mérést demonstráljanak. "Az ilyen felismerések fontos mérföldköveket jelentenek a jövőbeli műholdas küldetések felé, amelyek a szabadesés egyetemességét példátlan szintre tesztelik" - mondja a Hannover's Naceur Gaaloul, a legutóbbi cikk társszerzője.
A Bose–Einstein kondenzátum a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén készül
Az egyik példa, amelyet Gaaloul említ, a STE-QUEST (Space-Time Explorer és kvantumekvivalencia-elv térteszt) javaslata, amely érzékeny lenne akár 10-es gyorsulási különbségekre is.-17 m / s2. Ez a pontosság megegyezik egy alma és egy narancs leejtésével, és egy másodperc elteltével a proton sugarán belüli helyzetük különbségének mérésével. A tér, köztudottan nehéz, de az atominterferometria a térben még nehezebb.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/space-borne-atoms-herald-new-tests-of-einsteins-equivalence-principle/
- :van
- :is
- :nem
- :ahol
- $ UP
- 160
- 2018
- 2020
- 2021
- a
- Rólunk
- felett
- Abszolút
- gyorsulás
- Elérése
- elért
- aktívan
- alkalmazkodás
- Hozzáteszi
- Után
- cél
- célzó
- célok
- algoritmusok
- megengedett
- Is
- Bár
- an
- és a
- Másik
- válasz
- bármilyen
- bármi
- Apple
- VANNAK
- körül
- elrendezés
- Művészet
- AS
- megjelenés
- At
- atom
- atom
- figyelem
- tudatában van
- BE
- Gerenda
- BEC
- előtt
- mögött
- hogy
- lent
- között
- Túl
- Fekete
- fekete lyukak
- testületek
- mindkét
- Bring
- de
- by
- TUD
- ami
- Okoz
- bizonyos
- Kamra
- csip
- kettyenés
- közelebb
- Társszerző
- ÖSSZEFÜGGŐ
- hideg
- jön
- összetétel
- Körülmények
- állandó
- kapcsolat
- tartalmaz
- ellenőrzés
- tudott
- teremt
- készítette
- kritikai
- átkelés
- kritikus
- Jelenlegi
- Jelenlegi állapot
- sötét
- Sötét anyag
- bizonyítani
- igazolták
- leírni
- leírt
- fejlesztése
- különbség
- különbségek
- különböző
- eltérően
- közvetlen
- do
- csinált
- Csepp
- Csepegés
- két
- dinamika
- minden
- föld
- könnyen
- hatások
- Einstein
- elemek
- más
- energikus
- energia
- egyenértékűség
- Egyenértékű
- alapvető
- Még
- végül is
- evolúció
- példa
- tapasztalt
- Tapasztalatok
- kísérlet
- kísérleti
- kísérletek
- Elmagyarázza
- felfedező
- kivonat
- tényező
- Esik
- Eső
- remekül
- gyorsabb
- vezetéknév
- következő
- A
- Kényszer
- Alapok
- Franciaország
- Ingyenes
- ból ből
- alapvetően
- jövő
- GAS
- generált
- Németország
- Ad
- cél
- gravitációs
- gravitációs
- irányadó
- kellett
- kéz
- Kemény
- nehezebb
- Legyen
- he
- Magas
- tanácsok
- tart
- Holes
- Kezdőlap
- remény
- hosts
- Hogyan
- azonban
- HTTPS
- if
- kép
- végrehajtási
- fontos
- javuló
- in
- növekvő
- független
- információ
- kezdetben
- bemenet
- belső
- kölcsönhatás
- kölcsönhatások
- zavarja
- Interferencia
- belső
- Nemzetközi
- Nemzetközi Űrállomás (ISS)
- bele
- bevezetéséről
- részt
- jár
- ISS
- kérdés
- IT
- ITS
- jpg
- éppen
- laboratórium
- lézer
- legutolsó
- indított
- vezető
- vezetékek
- tanulás
- kilépő
- bérbeadása
- szint
- szintek
- fény
- Valószínű
- korlátozó
- kis
- vesztes
- gép
- gépi tanulás
- készült
- Gyártás
- Tömeg
- tömegek
- Anyag
- max-width
- jelenti
- mérés
- mérések
- mérő
- mechanika
- mechanizmus
- Találkozik
- megemlíti
- érdem
- mérföldkövek
- küldetések
- keverék
- modern
- Modulok
- a legtöbb
- mozgás
- sok
- Nasa
- Természet
- Szükség
- szükséges
- Új
- következő
- Zaj
- Most
- szám
- of
- kedvezmény
- on
- Fedélzeti
- egyszer
- ONE
- nyitva
- Optimalizálja
- optimális
- or
- narancs
- kering
- eredeti
- Más
- másképp
- mi
- ki
- átfedés
- Papír
- rész
- Mintás
- Teljesít
- előadó
- fázis
- phd
- Fizika
- Fizika Világa
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- pozíció
- pozíciók
- Pontosság
- be
- alapelv
- Probléma
- problémák
- folyamat
- termelő
- megfelelően
- ingatlanait
- javaslat
- Kvantum
- Kvantummechanika
- kérdés
- Arány
- Inkább
- el
- ok
- új
- Piros
- csökkentő
- relatív
- engedje
- felszabaduló
- megoldódott
- Reagálni
- eredményez
- Szerep
- s
- megereszkedik
- azonos
- minta
- műhold
- azt mondja,
- Tudomány
- tudósok
- ellenőrzéssel
- Keresés
- Második
- érzékeny
- Sorozat
- mutató
- hasonló
- Egyszerű
- egyszerre
- egyetlen
- SIX
- kicsit más
- Lassan
- So
- megoldások
- néhány
- forrás
- Források
- Hely
- űrállomás
- speciális
- kezdet
- Állami
- Halmazállapot
- Államok
- állomás
- Lépés
- Még mindig
- egyértelmű
- törekvés
- struktúra
- diák
- ilyen
- ráhelyezés
- felfüggesztett
- rendszer
- Systems
- szerelések
- meghozott
- csapat
- technika
- teszt
- Tesztelés
- tesztek
- mint
- hogy
- A
- azok
- Őket
- maguk
- akkor
- ezáltal
- ebből adódóan
- termikus
- Ezek
- ők
- ezt
- bár?
- miniatűr
- idő
- nak nek
- felső
- felé
- átmenet
- szállítható
- igaz
- FORDULAT
- Fordult
- kettő
- alatt
- megértés
- egyetemi
- példátlan
- felesleges
- frissítés
- us
- használ
- segítségével
- Értékes
- változik
- keresztül
- Sértés
- jogsértések
- volt
- gyenge
- JÓL
- amikor
- vajon
- ami
- míg
- WHO
- lesz
- val vel
- belül
- Munka
- dolgozó
- művek
- világ
- lenne
- adna
- te
- zephyrnet
- nulla