قفزة ناسا الكمومية: دراسة الحالة الخامسة للمادة في الفضاء

نجحت NASA في إطلاق تحديث حاسم إلى مختبر الذرات الباردة (CAL) التابع لها والمتمركز على متن محطة الفضاء الدولية. ويتيح هذا المرفق المداري الفريد، بحجم ثلاجة تقريبًا، للباحثين دراسة تكاثف بوز-أينشتاين — وهو حالة خامسة نادرة للمادة — في بيئة جاذبية صغرى، بما قد يمهّد الطريق لجيل جديد من تقنيات الكم.

أبرز النقاط في أبحاث الكم

أهم ملامح البحث

مجال التركيز	ما الذي يتيحه CAL	لماذا يهم ذلك
درجة الحرارة	عمليات عند درجات تقل عن -273 درجة مئوية	يوفّر ظروفًا قريبة من الصفر المطلق لسلوك كمّي غريب
الجاذبية الصغرى	رصد موجات كمّية أكبر ولفترات أطول مما هو ممكن على الأرض	يمنح العلماء وقتًا أطول لقياس الحالات الهشّة
التطبيقات	أبحاث في السيولة الفائقة والموصلية الفائقة	قد يحسّن التصوير الطبي وأجهزة الاستشعار الدقيقة والحوسبة

فهم الحالة الخامسة للمادة

في عام 1924، تنبأ ألبرت أينشتاين بأنه عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، ستتحد الذرات الفردية في كيان كمّي واحد. وتصف هذه النظرية، المبنية على أعمال ساتيندرا ناث بوز، تكاثف بوز-أينشتاين.

من النظرية إلى التجربة المدارية

1924

تنبأ أينشتاين بأنه بالقرب من الصفر المطلق، يمكن للذرات أن تندمج في حالة كمّية واحدة، تطويرًا لأفكار ارتبطت بساتيندرا ناث بوز.

1995

نجح العلماء لأول مرة في تصنيع تكاثف بوز-أينشتاين، ما أثبت صحة الفكرة تجريبيًا.

اليوم على متن محطة الفضاء الدولية

تستخدم NASA الجاذبية الصغرى لرصد موجات الذرات لفترات أطول، بما يساعد على وصل النظرية باستخدامات محتملة مثل تدفق السوائل من دون احتكاك وتدفق الإلكترونات من دون مقاومة.

دفع حدود العالم الكمي

يحوّل مختبر الذرات الباردة معدنًا مُسخّنًا إلى عيّنة كمّية فائقة البرودة عبر تسلسل محكم الضبط، ثم يدرسها في بيئة المدار منخفضة الجاذبية.

كيف يهيّئ مختبر الذرات الباردة ظروف الاختبار الكمّي

1

تسخين معدن المصدر

يُسخَّن شريط من معدن الروبيديوم أو البوتاسيوم إلى 393 درجة مئوية.

2

إطلاق الغاز في حجرة

يُطلَق الغاز الناتج في حجرة تفريغ.

3

استخدام الليزر لإزالة الطاقة

تُوجَّه أشعة ليزر إلى الغاز لانتزاع الطاقة منه ودفع درجة حرارته نحو الصفر المطلق.

4

التثبيت والرصد

يعمل مصيدة مغناطيسية على تثبيت الغاز لكي يتمكن الباحثون من دراسة حالته الكمّية في الجاذبية الصغرى.

ويمثل هذا التحديث خطوة كبيرة في ما يسميه الباحثون «Quantum 2.0»، متجاوزًا قيود التجريب التقليدي من أجل الوصول إلى رؤى أعمق في البنية الجوهرية للكون.