Четыре известных состояния материи — это газ, жидкость, твердые тела и плазма. Но существует экзотическое пятое состояние — конденсат Бозе-Эйнштейна. Оно было впервые обнаружено в 1990-х годах.

Это состояние не находили в природе, но ученые могут его создать. Конденсат Бозе-Эйнштейна генерируется в ультрахолодных лабораториях, таких как Лаборатория холодного атома, где лазеры или магниты помогают охладить облако атомов до абсолютного нуля или -273°C. Это самая низкая температура, возможная во Вселенной. В этом состоянии атомы замедляются, их края сливаются, и ученые могут наблюдать квантовые эффекты, которые обычно очень трудно исследовать.

На Земле гравитация заставляет конденсаты Бозе-Эйнштейна рассеиваться, как только отключаются сверхохлаждающие магниты или лазеры в экспериментальной камере. Однако этого не происходит в условиях микрогравитации. Ученые впервые создали конденсат Бозе-Эйнштейна в Лаборатории холодного атома в 2018 году, когда камера была установлена ​​на МКС. И в последующие годы они успешно изучали это явление. Лаборатория управляется удаленно командой Лаборатории реактивного движения NASA (JPL).

Теперь исследователи показали, что они могут создать такой квантовый газ не из одного, а из двух типов атомов. В данном случае они достигли этого, используя облако атомов калия и рубидия. Согласно заявлению JPL, будущая работа с этим видом квантового газа может быть использована для развития космических квантовых технологий, которые уже существуют на Земле.

Одним из примеров использования холодных атомов в конденсате Бозе-Эйнштейна является создание чрезвычайно чувствительных гироскопов. Эти гироскопы могут использоваться для создания неподвижной точки отсчета в космосе, что может быть полезно для навигации в дальних космических путешествиях. Ученые также работают над усовершенствованием космических часов, которые имеют важное значение для многих современных технологий, таких как высокоскоростной интернет и системы позиционирования GPS.

Исследователи также считают, что будущие эксперименты в Лаборатории холодного атома могут помочь проверить принцип эквивалентности — центральный элемент общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот принцип утверждает, что гравитация должна одинаково влиять на все объекты, независимо от их массы. Однако ученым было сложно объединить этот принцип с законами квантовой механики, которые описывают поведение самых маленьких известных объектов во Вселенной. Они надеются, что квантовые эксперименты в космосе смогут помочь им проверить этот принцип с более высокой точностью.