Brēmenē, starp tehnoparka stingrajiem siluetiem, paceļas neparasta celtne — Brīvas kritiena tornis, kas pieder Lietišķo kosmisko tehnoloģiju un mikrogravitācijas centram (ZARM). Šī stingrā 146 metrus augstā konstrukcija kļuva par arēnu unikālam fizikas eksperimentam, ko diez vai varētu veikt kaut kur citur uz Zemes. Tieši šeit 2018. gadā tika fiksēts kaut kas pārsteidzošs: absolūts aukstuma rekords — temperatūra, kas tuvu absolūtajam nulles punktam.
Satura rādītājs
Pakaļdzīšanās pēc absolūtās klusuma vielas
2018. gada augustā pētniecības kapsula, ko izveidoja ZARM zinātnieki sadarbībā ar vairākām Vācijas augstskolām un kosmosa aģentūrām, tika nomesta torņa vakuuma caurulē. Gandrīz desmit sekundes ilgā brīvā kritiena laikā kapsulas iekšienē izveidojās Boze-Einšteina kondensāts (BEK) — piektais vielas agregātstāvoklis, kad atomi saplūst vienā kvantu veselumā un uzvedas kā viena daļiņa.
Temperatūra šajā mākonī nokritās līdz satriecošiem 38 pikokelviniem — tas ir tikai 0,000000000000000000038 kelvina virs absolūtā nulles. Aukstāks nekā pat visaukstākajos kosmosa nostūros, piemēram, Buumeranga miglā, kur temperatūra ir apmēram -272,15 °C.
“Mēs esam izveidojuši sistēmu, kurā matērija gandrīz vairs nevibrē. Tā nav vienkārši laboratorija, tā ir mikroskopiska laika apstāšanās,” norādīja viens no projekta dalībniekiem, ZARM fiziķis.
Kā darbojas bezsvars uz Zemes
Gravitāciju nevar atslēgt, bet to var apmānīt — ar brīvā kritiena palīdzību. To labi zina tie, kas vismaz reizi ir lekuši ūdenī no torņa. ZARM tornī viss ir daudz sarežģītāk: gaiss tiek pilnībā izsūknēts, radot vakuumu, un kapsula tiek palaista ar katapultu, kas ļauj divkāršot “nesvarīguma” laiku — no 4,75 līdz 9,5 sekundēm.
Šajās dārgajās sekundēs zinātnieki paspēj veikt eksperimentus, kas parastajos laboratorijas apstākļos nav iespējami: gravitācijas ietekmē BEK pastāv daļas sekundes, bet tornī to izdevās noturēt 2 sekundes — 90 reizes ilgāk.
“Šis logs ir kā palēnināts kadrs fizikā. Tas ļauj novērot fundamentālus matērijas procesus neparastos apstākļos,” uzsvēra doktors no projekta partnera QUANTUS komandas.
Kosmos kapsulas iekšienē
Pats pārsteidzošākais ir tas, ka rekordaugstā temperatūra bija tikai blakusprodukts. Eksperimenta galvenais mērķis bija radīt maksimāli stabilu atomu mākoni ar minimālu izplatīšanās ātrumu. BEK ir ideāli piemērots šādiem uzdevumiem, tātad to var izmantot augstas precizitātes mērījumos un nākotnes navigācijas sistēmās.
“Šādi kvantu gāzes ir atslēga uz nākamās paaudzes ierīcēm, kas spēj mērīt gravitācijas spēku, laiku vai pat matērijas dreifu ar neiedomājamo precizitāti,” komentēja Maks Planka institūta pārstāvis.
Pētījumi tornī jau ir guvuši atbalsi starptautiskajos zinātniskajos aprindās. Turklāt tāds pats BEK tips vēlāk tika novērots uz Starptautiskās kosmosa stacijas, kur tā eksistenci izdevās fiksēt vienu sekundi. Zinātnieki pieņem, ka, pārnesot šo tehnoloģiju no Zemes uz kosmosu, orbītā BEK varēs noturēt līdz pat
Kas stāv aiz eksperimenta
Pie projekta strādāja apvienota speciālistu komanda no ZARM centra, Vācijas Aerokosmiskā centra, Leibnica universitātes Hannoverē, Gumboldta universitātes Berlīnē un Gutenberga universitātes Maincā. Kopīgiem spēkiem viņiem izdevās realizēt vienu no ambiciozākajiem mūsdienu fizikas uzdevumiem.
Un, lai gan rezultāts nebija eksperimenta galvenais mērķis, tieši tas ir iegājis vēsturē. Pēc zinātnieku domām, viņu radītais mākonis ir kļuvis par aukstāko vietu Visumā — un šis sasniegums tika panākts nevis kaut kur kosmosa dziļumos, bet gan zinātniskā kapsulā, kas tika nomesta no torņa virsotnes Brēmenes centrā.
