Китайские физики получили рекордно холодное облако атомов на орбите

Китайские учёные сообщили о самой низкой температуре, которой когда-либо добивался человек. Как сообщило «Синьхуа», эксперимент проведён на орбитальной станции «Тяньгун», а результат опубликован в журнале Science. Речь идёт о облаке атомов рубидия, которое охладили до 9,7 пикокельвина. Это на 9,7 триллионной доли градуса выше абсолютного нуля, то есть теоретического предела, около −273,15 градуса Цельсия.

Предыдущий рекорд принадлежал немецкой команде, которая в 2021 году получила 38 пикокельвинов. Тогда облако наблюдали две секунды, в новом эксперименте — семь секунд. Для сравнения, наземные установки дают около 0,05 секунды, а на Международной космической станции — примерно секунду.

Как охладили облако без магнитной ловушки

Исследователи удерживали около 20 тысяч атомов рубидия в полностью оптической ловушке. Сначала лазерным светом и испарительным охлаждением получили конденсат Бозе — Эйнштейна, особое состояние вещества, в котором множество атомов ведёт себя как одна частица. Затем интенсивность лазера снижали, а на заключительном этапе применили неадиабатическую диффузию, то есть управляемое расширение облака. Такая схема, по словам авторов, сложнее обычной магнитной, зато меньше подвержена магнитным помехам и даёт больше возможностей для оптического доступа.

Значение 9,7 пикокельвина относится не к температуре самой установки, а к энергии движения расширяющегося атомного облака. Именно поэтому в условиях микрогравитации можно использовать более слабые удерживающие поля и дольше наблюдать систему.

Почему станцию пришлось уменьшить

Проект начали в 2011 году, а систему доставили на орбиту вместе с модулем «Мэнтянь» в 2022-м. Наземный аналог занимал около 20 кубометров, поэтому инженерам пришлось решить задачи, связанные со сверхвысоким вакуумом, мощными волоконными лазерами и долговременной стабилизацией их частоты. В итоге космический вариант уместился в стойку объёмом 0,7 кубометра.

Платформа, по словам авторов, подходит для изучения фазовых переходов, неравновесной динамики и взаимодействий между множеством частиц. Среди возможных направлений назвали моделирование ранней Вселенной и поиск сверхлёгкой тёмной материи. Работа может также помочь разработке высокоточных атомных часов и квантовых вычислений, однако устройства для навигации и датчики на основе этого эксперимента в опубликованной работе не испытывались. Представители программы пригласили исследователей из других стран использовать установку на китайской станции.

Источники: Наука ТВ, Новая наука