Astronaut Christina Koch heette onlangs een warm welkom bij een zeer coole aankomst in het International Space Station:een nieuw stuk hardware voor het Cold Atom Lab, een experimentele fysica-faciliteit die atomen afkoelt tot bijna het absolute nulpunt, of min 459 graden Fahrenheit (min 273 graden Celsius). Dat is kouder dan elke bekende plek in het universum.

Het Cold Atom Lab is sinds juli 2018 operationeel in de wetenschappelijke module van het ruimtestation en wordt op afstand bediend vanuit het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië. Vijf groepen wetenschappers op aarde gebruiken het Cold Atom Lab om verschillende experimenten uit te voeren om vragen te beantwoorden over hoe onze wereld werkt op de kleinste schaal.

De nieuwe hardware omvat een instrument dat een atoominterferometer wordt genoemd en waarmee wetenschappers subtiele metingen van de zwaartekracht kunnen doen en fundamentele theorieën over zwaartekracht kunnen onderzoeken. Verdere ontwikkeling van deze technologie in de ruimte zou kunnen leiden tot verbeterde traagheidskrachtsensoren, die kunnen worden gebruikt om hulpmiddelen te ontwerpen voor verbeterde navigatie van ruimtevaartuigen, om de samenstelling en topologie van planeten en andere hemellichamen te onderzoeken, en om het klimaat op aarde te bestuderen.

Het koelen van atomen tot zulke lage temperaturen vertraagt ​​ze aanzienlijk, waardoor wetenschappers ze gemakkelijker kunnen bestuderen. (Atomen bij kamertemperatuur bewegen sneller dan de geluidssnelheid, terwijl ultrakoude atomen langzamer bewegen dan een tuinslak.) Ultrakoude atoomfysica heeft geleid tot doorbraken zoals de ontdekking van superfluïditeit en supergeleiding, evenals de productie van een vijfde toestand van materie, een Bose-Einstein-condensaat (BEC) genoemd. Voor het eerst voorspeld in de jaren 1920, Met BEC's kunnen wetenschappers kwantumgedrag van atomen op macroscopische schaal observeren.

Natuurkundigen gebruiken al meer dan 20 jaar ultrakoude atoomfaciliteiten in aardgebonden laboratoria. Maar CAL is de eerste dergelijke faciliteit in een baan om de aarde, waar de microzwaartekrachtomgeving wetenschappers langere observatietijden biedt voor individuele trossen atomen en mogelijk koudere temperaturen mogelijk maakt dan op de grond kan worden bereikt.

Ultrakoude atomen bieden ook een kijkje in de kwantummechanica, waar deeltjes zich op vreemde manieren kunnen gedragen, zoals het spontaan passeren van fysieke barrières of onmiddellijk communiceren over lange afstanden. De studie van de kwantummechanica heeft geleid tot de ontwikkeling van alomtegenwoordige technologieën als lasers, halfgeleiders en transistoren. Door de sprong in een baan om de aarde te maken, het Cold Atom Lab kan de deur openen voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën in de ruimte.