Uzayda İlk Kez Atom Girişim Ölçümü Yapıldı
Bilim insanları, en hassas ölçümlerinden bazılarını yapmak için, atom interferometri adı verilen bir teknik kullanarak, atom ölçeğine kadar küçülme eğilimindedir.
Şimdi, bilim insanları, yüklerini düşük Dünya uzayına taşımak için özel olarak tasarlanmış sondaj roketini kullanarak, uzayda ilk kez bu tür bir ölçüm gerçekleştirdiler.
Bu, temel fizikten navigasyona kadar uzanan bilim uygulamaları için, uzayda madde dalgası interferometrisi yapabilmek için önemli bir adım.
Almanya'daki Johannes Gutenberg Üniversitesi'nden fizikçi Patrick Windpassinger, "Sondaj roketinin üzerinde atom interferometri için teknolojik bir temel oluşturduk ve bu tür deneylerin sadece Dünya'da değil, uzayda da mümkün olduğunu gösterdik." dedi.
İnterferometri, kavram olarak nispeten basittir.
Bu mesafeye neden olan kuvveti ölçmek için iki özdeş dalgayı alır, ayırır, yeniden birleştirir ve aralarındaki küçük farkı yani faz kaymasını kullanır.
Buna girişim modeli denir.
Ünlü bir örnek, LIGO'nun yerçekimi dalgalarını ölçen ışık girişimölçeridir. Bir ışık huzmesi iki mil uzunluğunda iki tünele bölünür, aynalardan sektirilir ve yeniden birleştirilir. Ortaya çıkan girişim modeli, milyonlarca ışık yılı uzaklıktaki kara deliklerin çarpışmasının neden olduğu yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılabilir.
Atomların dalga benzeri davranışından yararlanan atom interferometrinin elde edilmesi biraz daha zordur, ancak çok daha küçük bir aparat avantajına sahiptir.
Yerçekimi gibi şeyleri yüksek bir hassasiyetle ölçmek için kullanılabilmesi uzayda çok faydalı olurdu; bu nedenle, Alman araştırmacılardan oluşan bir ekip yıllardır bunu gerçekleştirmek için çalışıyor.
İlk adım, Bose-Einstein yoğunlaşması adı verilen bir madde durumu yaratmaktır.
Bunlar, soğutulmuş atomlardan, mutlak sıfırın sadece bir kısmına kadar oluşur (ancak mutlak sıfıra ulaşmaz, bu noktada atomlar hareket etmeyi bırakır ). Bu, onların en düşük enerjili durumlarına batmalarına, son derece yavaş hareket etmelerine ve kuantum süperpozisyonunda üst üste binmelerine neden olur. Tek bir 'süper atom' veya madde dalgası gibi davranan yüksek yoğunluklu bir atom bulutu üretir.
Bu, interferometri için ideal bir başlangıç noktasıdır, çünkü atomların hepsi aynı şekilde davrandı ve ekip , 2017'de bir rubidyum atomu gazıyla sondaj roketini kullanarak uzayda ilk kez bir Bose-Einstein yoğunlaşması yaratmayı başardı.
Windpassinger, "Bizim için bu ultra soğuk topluluk, atom interferometrisi için çok umut verici bir başlangıç noktası oluşturdu." dedi.
Araştırmalarının bir sonraki aşaması için, üst üste binen atomları ayırmak ve yeniden birleştirmek zorunda kaldılar. Araştırmacılar bir kez daha rubidyum Bose-Einstein kondensatını yarattılar, ancak bu sefer gazı ışınlamak için lazerler kullandılar. Atomların ayrılmasına ve ardından süperpozisyonda bir araya gelmelerine neden oldular.
Ortaya çıkan girişim modeli, sondaj roketinin mikro yerçekimi ortamında net bir etki gösterdi ve bu da, biraz incelikle, tekniğin bu ortamı yüksek hassasiyette ölçmek için kullanılabileceğini düşündürdü.
Araştırmanın 2022 ve 2023 için planlanan bir sonraki adımı, serbest düşüş altında ivmelerini gözlemlemek için ayrı Bose-Einstein rubidyum ve potasyum kondensatlarını kullanarak testi tekrar denemektir.
Rubidyum ve potasyum atomları farklı kütlelere sahip olduklarından, araştırmacılar, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesinin ilginç bir testini yapacak, diyor araştırmacılar. Yerçekiminin kendi kütlelerine bakılmaksızın tüm nesneleri eşit şekilde hızlandırdığını ifade ediyorlar.
Ve gelecekte daha da ilginç olacak. Sondaj roketleri yörünge altı uçuşlarda yukarı çıkıyor ve aşağı iniyor. Dünya yörüngesinde daha da fazla Bose-Einstein yoğuşma deneyi yapma planları var.
Johannes Gutenberg Üniversitesi'nden fizikçi André Wenzlawski, " Bu tür bir deneyi gerçekleştirmek, uydularda veya Uluslararası Uzay İstasyonu ISS'de, muhtemelen şu anda planlama aşamasında olan Bose Einstein Yoğuşma ve Soğuk Atom Laboratuvarı dâhilinde, gelecekteki bir hedef olacaktır. Bu durumda, elde edilebilir doğruluk, bir roket üzerindeki sınırlı serbest düşme süresi ile sınırlandırılmayacaktır." dedi.
Sadece birkaç yıl içinde, genel görelilik kuantum testleri, yerçekimi dalgalarının tespiti ve hatta karanlık madde ve karanlık enerji arama gibi uygulamalar için atom interferometriyi kullanıyor olabiliriz.
Bundan sonra ne olacağını görmek için sabırsızlanıyoruz.
Kaynak:
Ekibin araştırması Nature Communications'da yayınlandı.