لیزر‌های متمرکز تقریباً ۲۰ هزار اتم روبیدیوم را در مدار زمین به دام انداختند و ابری از اتم‌های روبیدیوم پس از آنکه محققان آن را از این تله لیزری در ایستگاه فضایی چین رها کردند، به مدت هفت ثانیه ردیابی شد.
محققان با ردیابی این حرکت در سه بُعد، دمای کم‌سابقه ۹.۷ پیکوکلوین را اندازه‌گیری کردند که حدود یک چهارم رکورد قبلی است.
این آزمایش از شرایط ریزگرانش برای تولید و دستکاری چگالش بوز-اینشتین استفاده کرد؛ حالتی که در آن اتم‌ها به صورت جمعی به عنوان یک موج کوانتومی واحد رفتار می‌کنند.
توانایی تماشای انبساط این ابر برای چند ثانیه می‌تواند به محققان زمان بیشتری برای بررسی حالت‌های غیرمعمول ماده و انجام اندازه‌گیری‌های دقیق در مدار بدهد.
گرانش در زمین، اتم‌ها را به سمت پایین درون یک تله می‌کشد و با ضعیف شدن محصوریت، نگه داشتن آنها را دشوارتر می‌کند.
محققان می‌توانند با شناوری مغناطیسی با این کشش مقابله کنند، اما انجام این کار مستلزم آن است که اتم‌ها حالت اسپین داخلی یکسانی داشته باشند. تله‌ای که از پرتو‌های لیزر متمرکز ساخته شده است، انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به آن حالت‌ها به محققان می‌دهد.
آزمایش‌های قبلی راه‌هایی برای ایجاد یک دوره کوتاه سقوط آزاد برای اتم‌ها پیدا کردند. یک برج سقوط، رکورد قبلی ۳۸ پیکوکلوین را ایجاد کرد و به محققان دو ثانیه فرصت داد تا انبساط ابر را مشاهده کنند.
آزمایشگاه اتم سرد ایستگاه فضایی بین‌المللی با استفاده از تله‌گذاری مغناطیسی و لنزینگ ماده-موج، با یک ثانیه انبساط آزاد، به ۵۲ پیکوکلوین رسید.
این چیدمان مداری، دوره طولانی‌تری از ریزگرانش را نسبت به یک برج سقوط زمینی در اختیار تیم قرار داد.
یک تله لیزری، ابر را کند می‌کند
این تیم با حدود ۲۰ هزار اتم روبیدیوم شروع کرد. خنک‌سازی لیزری، اتم‌ها را کند کرد و خنک‌سازی تبخیری، پرانرژی‌ترین اتم‌ها را حذف کرد و به اتم‌های باقی‌مانده اجازه داد تا یک چگالش درون یک تله دوقطبی نوری تشکیل دهند.
یک گرادیان میدان مغناطیسی به خنک‌سازی اولیه کمک کرد و به تولید چگالشی که حساسیت کمتری به اختلالات مغناطیسی داشت، کمک کرد.
محققان سپس ابر را به یک تله نوری وسیع‌تر منتقل کردند و به تدریج آن را از دام انداختند. این مرحله، انرژی محرک انبساط ابر پس از رهاسازی را کاهش داد.
این تیم سرعت رشد آن را در امتداد سه محور ردیابی کرد و از آن حرکت برای محاسبه دمای معادل، معیاری از انرژی مرتبط با انبساط استفاده کرد. عدم قطعیت در مورد تخمین ۹.۷ پیکوکلوین از ۷.۰ تا ۱۲.۹ پیکوکلوین متغیر بود.
آنچه که پنجره زمانی طولانی‌تر می‌تواند فراهم کند
نویسندگان، چگالش‌های بوز-اینشتین را به عنوان «سکو‌های همه‌کاره برای شبیه‌سازی کوانتومی» توصیف می‌کنند.
آنها در مدار می‌توانند از میدان‌های لیزری با شکل دقیق برای بررسی چگونگی واپاشی نظم کوانتومی در گازی که به یک بُعد محدود شده است یا چگونگی سازماندهی اتم‌ها در یک محیط بی‌نظم استفاده کنند.
این تیم تحقیقاتی می‌گوید که تله‌هایی با حجم‌های قابل تنظیم می‌توانند اتم‌های بیشتری را نیز در آزمایش‌های آینده جای دهند.
احتمال دیگر، ابزاری است که امواج اتمی را تقسیم و بازترکیب می‌کند تا تفاوت‌های کوچک در حرکت را تشخیص دهد. پنجره مشاهده طولانی‌تر می‌تواند به این تفاوت‌ها زمان بیشتری برای ایجاد شدن بدهد و اندازه‌گیری آنها را آسان‌تر کند.
محققان می‌گویند: هدف احتمالی دوم، ساخت یک تداخل‌سنج اتمی ماخ-زندر (Mach-Zehnder) مبتنی بر فضا است که پتانسیل انجام آزمایش‌های دقیق اصول اساسی، مانند اصل هم‌ارزی را دارد.
یکی از این آزمایش‌ها بررسی می‌کند که آیا اجسام مختلف تحت گرانش با شتاب یکسان سقوط می‌کنند یا خیر. یک ابزار مداری از رفتار امواج اتمی برای بررسی این اصل استفاده خواهد کرد.
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.