На МКС расположена Лаборатория холодного атома, экспериментальная установка, создающая в условиях невесомости чрезвычайно холодную среду для изучения поведения атомов с различной массой. В 2020 году внутри нее впервые был получен космический бозе-конденсат, сначала из атомов рубидия, а потом и из атомов калия, пишет Physics World. А несколько месяцев назад физики впервые создали там пятое состояние вещества из атомов двух видов: рубидия и калия.

Такие системы могут служить крайне чувствительными гироскопами, с помощью которых можно было бы создать в космосе неподвижную точку отсчета. Это пригодится для спутниковой навигации, систем позиционирования и многого другого. В том числе, для экспериментов в области фундаментальной физики. Такой эксперимент и описали в своей статье исследователи из Германии, США и Франции.

«Создание квантовой смеси в космосе — важный шаг к разработке высокоточных измерений для тестирования принципа эквивалентности Эйнштейна», — сказал Габриэль Мюллер из Университета им. Лейбница в Ганновере.

Для получения этой смеси ученые поместили атомы рубидия в магнитную ловушку, испарили самые «горячие» атомы и оставили только «холодные». Это привело к фазовому переходу в квантовый газ. Поскольку внутренние энергетические структуры рубидия и калия отличаются, исследователям пришлось использовать разные подходы для достижения этими атоамами критической температуры. Невесомость позволила наблюдать взаимодействие двух видов квантового газа, которое в условиях Земли оказалось бы незаметным.

Смесь калия и рубидия приближает ученых к проверке принципа эквивалентности, но есть и другие трудности. Начальные позиции этих атомов в ловушке чуть разные. Отчасти это объясняется свойствами атомов, отчасти — не идеально одновременным «стартом» атомов. Другими словами, один вид атомов воздействует на другой остаточным магнитным полем. Если не устранить этот эффект, он может быть воспринят как нарушение принципа эквивалентности.

Следующая проблема, которую предстоит решить — выполнение эксперимента с использованием атомной интерферометрии. Картина интерференции, которую рассчитывают получить ученые, будет содержать ценную информацию о том, испытывают ли оба вида атомов одинаковое гравитационное ускорение. Им уже удалось построить первый космический атомный интерферометр для атомов двух элементов.

В будущем ученые надеются провести эксперименты с оборудованием, достаточно чувствительным для того, чтобы заметить разницу в ускорении всего 10 в -17 степени м/с2. Такая точность сравнима с измерением разницы в положении падающих яблока и апельсина с точностью до радиуса одного протона.