برنامه ناسا برای پدید آوردن سردترین نقطه کیهان

* در این تابستان، جعبه‌ای به اندازه‌ی یک یخدان به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده می‌شود، جایی که قرار است در آن سردترین نقطه‌ی کیهان را پدید بیاورد.

درون این جعبه، لیزر، یک محفظه‌ی خلا و یک "چاقوی" الکترومغناطیسی برای خنثا کردن انرژی ذرات گاز، و کند کردن آنها تا مرز سکون به کار خواهد رفت. این مجموعه ابزار که در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در پاسادنای کالیفرنیا ساخته شده‌، به نام "آزمایشگاه اتم سرد" (کال، CAL) نامیده شده است. کال اکنون گام‌های پایانی آماده شدن را در جی‌پی‌ال می‌گذراند و در ماه اوت با یک موشک اسپیس-ایکس سی‌آراس-۱۲ روانه‌ی ایستگاه فضایی خواهد شد.
نمایی هنری از یک تراشه‌ی اتمی برای به کارگیری در آزمایشگاه اتم سر ناسا (کال، CAL) در ایستگاه فضایی بین‌المللی. کال با بهره از لیزر، اتم‌ها را تا دماهایی بی‌اندازه پایین سرد خواهد کرد.
کار این دستگاه سرد کردن اتم‌های گاز تا دمای تنها یک میلیاردم درجه بالاتر از صفر مطلق است. این ۱۰۰ میلیون برابر سردتر از ژرفای فضاست.

دانشمند پروژه‌ی کال، رابرت تامپسون از جی‌پی‌ال می‌گوید: «بررسی این اتم‌های فَراسَرد می‌تواند شناخت ما از ماده و سرشت بنیادین گرانش را دگرگون کند. آزمایش‌هایی که با کال انجام خواهیم داد به ما بینشی از گرانش و انرژی تاریک -که از جمله‌ی فراگیرترین نیروهای کیهانند- به ما خواهد داد.»

هنگامی که اتم‌ها تا دماهای بسیار بسیار پایین سرد می‌شوند (مانند آنچه درون کال رخ خواهد داد) می‌توانند به حالتی ویژه از ماده برسند که به نام چگالش بوز-اینشتین شناخته می‌شود. در این حالت، قوانین آشنای فیزیک کنار رفته و قوانین فیزیک کوانتوم برتری می‌یابند. در این حالت رفتار ماده بیشتر موجی می‌شود تا ذره‌ای. ردیف‌های اتم‌ هماهنگ با یکدیگر حرکت می‌کنند، مانند این که همگی روی یک پارچه‌ی متحرک سوار باشند. این شکل موجی رازآمیز تاکنون در دماهایی به پایینی دمایی که کال به آن دست خواهد یافت دیده نشده.

دانشمندان ناسا تاکنون هرگز چگالش بوز-اینشین را در فضا ندیده یا پدید نیاورده‌اند. روی زمین، کشش گرانشی باعث می‌شود اتم‌ها پیوسته رو به زمین بیایند، از همین رو به طور معمول تنها برای کسری از ثانیه می‌توانند دیده شوند.

ولی در ایستگاه فضایی، اتم‌های فراسرد می‌توانند در زمان سقوط آزاد، شکل‌های موج-مانند خود را بیشتر نگه دارند. این به دانشمندان پنجره‌ای گسترده‌تر برای شناخت فیزیک در پایه‌ای‌ترین سطحش می‌دهد. تامپسون برآورد کرد که کال می‌تواند چگالش بوز-اینشتین را برای مدت پنج تا ۱۰ ثانیه دیدارپذیر کند؛ در آینده، بهره‌گیری از فناوری‌های بیشتر در کال می‌تواند این زمان را به صدها ثانیه برساند.

چگالش‌های بوز-اینشتین یک "ابرشاره" هستند- گونه‌ای شاره با گرانروی (ویسکوزیته‌ی) صفر که در آن، اتم‌ها بدون هیچ اصطکاکی حرکت می‌کنند، انگار که همگی یک ماده‌ی جامد یگانه باشند.

آنیتا سنگوپتا مدیر پروژه‌ی کال از جی‌پی‌ال می‌گوید: «اگر آب ابرشاره را در یک لیوان به چرخش در آوریم، تا همیشه به چرخش ادامه خواهد داد. هیچ گرانروی‌ای وجود ندارد که از سرعت آن بکاهد و انرژی جنبشی‌اش را کم کند. اگر بتوانیم فیزیک ابرشاره‌ها را بهتر بشناسیم، شاید بتوانیم بهره‌گیری از آنها برای تراوژ (انتقال) کارآمدترِ انرژی را بیاموزیم.»

پنج گروه از دانشمندان آزمایش‌هایی که با کال انجام می‌شود را پیش خواهند برد. از جمله‌ی آنها اریک کورنل از دانشگاه کلرادو، بولدر و بنیاد ملی استاندارد و فناوری است. کورنل یکی از برندگان جایزه‌ی نوبل است که نخستین بار در سال ۱۹۹۵، چگالش بوز-اینشتین را در یک محیط آزمایشگاهی پدید آورد.

دستاوردهای این آزمایش‌ها می‌تواند به پیشرفت شماری از فناوری‌ها بیانجامد، از جمله حسگرها، رایانه‌های کوانتومی، و ساعت‌های اتمی که در ناوبری فضاپیماها به کار می‌روند.

به گفته‌ی کمال اودریهیری، دستیار مدیر پروژه‌ی کال از جی‌پی‌ال، پیامدهای مربوط به یافتن انرژی تاریک هیجان ویژه‌ای دارند. وی خاطرنشان می‌کند که در مدل‌های کنونی کیهان‌شناختی، حدود ۲۷ درصد کیهان از ماده‌ی تاریک، ۶۸ درصد از انرژی تاریک، و حدود ۵ درصد از ماده‌ی معمولی تشکیل شده است.

اودرهیری می‌گوید: «این بدان معناست که ما حتی با همه‌ی فناوری‌های کنونی، هنوز نسبت به ۹۵ درصد جهان هستی نابیناییم. اتم‌های سرد فرا-حسمند در آزمایشگاه کال توان آن را دارند که مانند یک عدسی تازه در نخستین تلسکوپ گالیله، بسیاری از رازهای فراتر از مرزهای فیزیک شناخته شده را آشکار کنند.»

آزمایشگاه اتم سرد هم اکنون در گام آزمایش به سر می‌برد تا برای تحویل به کیپ کاناورال فلوریدا آماده شود.

دیو اوِلین، رهبر بستر آزمایش (testbed) در جی‌پی‌ال می گوید: «آزمون‌هایی که در ماه‌های آینده روی زمین انجام می‌دهیم، برای اطمینان یافتن از این که می‌توانیم زمانی که در فضاست، از راه دور روشنش کنیم، و در پایان از این سامانه‌ی پُرمایه‌ی فیزیک اتمی برای سال‌های آینده آگاهی بیاموزیم آزمایش‌هایی مهمند.»

در همین زمینه:
* سردترین جای کیهان با نمای شبح-گونه اش  
* سرمای فضا چقدر است؟

--------------------------------------------
به کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

واژه نامه:
ice chest - International Space Station - laser - vacuum chamber - electromagnetic - Cold Atom Laboratory - CAL - NASA - Jet Propulsion Laboratory - Pasadena - California - SpaceX CRS-12 - atom - absolute zero - gravity - Project Scientist - Robert Thompson - dark energy - Bose-Einstein condensate - quantum physics - wave - Earth - freefall - superfluid - fluid - viscosity - friction - solid - Anita Sengupta - kinetic energy - Eric Cornell - University of Colorado - Boulder - National Institute for Standards and Technology - Nobel Prize winner - sensor - quantum computer - atomic clock - navigation - Kamal Oudrhiri - dark matter - lens - Galileo - Cape Canaveral - Florida - atomic physics - Dave Aveline - test-bed - International Space Station Program - Johnson Space Center - Houston - chip

منبع: nasa

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه