Wetenschappers hebben voor het eerst de vijfde toestand van materie in de ruimte waargenomen, biedt ongekend inzicht dat zou kunnen helpen bij het oplossen van enkele van de meest hardnekkige raadsels van het kwantumuniversum, onderzoek toonde donderdag aan.

Bose-Einstein-condensaten (BEC's) - waarvan het bestaan ​​bijna een eeuw geleden werd voorspeld door Albert Einstein en de Indiase wiskundige Satyendra Nath Bose - worden gevormd wanneer atomen van bepaalde elementen worden afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt (0 Kelvin, min 273,15 Celsius).

Op dit punt, de atomen worden een enkele entiteit met kwantumeigenschappen, waarbij elk deeltje ook functioneert als een golf van materie.

BEC's bevinden zich op de grens tussen de macroscopische wereld die wordt beheerst door krachten zoals de zwaartekracht en het microscopische vlak, geregeerd door de kwantummechanica.

Wetenschappers geloven dat BEC's essentiële aanwijzingen bevatten voor mysterieuze verschijnselen zoals donkere energie - de onbekende energie waarvan wordt gedacht dat deze achter de versnellende uitdijing van het heelal zit.

Maar BEC's zijn extreem kwetsbaar. De geringste interactie met de buitenwereld is voldoende om ze voorbij hun condensatiedrempel te verwarmen.

Dit maakt het bijna onmogelijk voor wetenschappers om op aarde te studeren, waar de zwaartekracht interfereert met de magnetische velden die nodig zijn om ze op hun plaats te houden voor observatie.

Donderdag onthulde een team van NASA-wetenschappers de eerste resultaten van BEC-experimenten aan boord van het International Space Station, waar deeltjes vrij van aardse beperkingen kunnen worden gemanipuleerd.

"Microzwaartekracht stelt ons in staat atomen op te sluiten met veel zwakkere krachten, omdat we ze niet tegen de zwaartekracht hoeven te ondersteunen, " Robert Thompson van het California Institute of Technology, Pasadena, vertelde AFP.

Het onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Natuur documenteert verschillende verrassende verschillen in de eigenschappen van BEC's die op aarde zijn gemaakt en die aan boord van het ISS.

Voor een ding, BEC's in terrestrische laboratoria duren meestal een handvol milliseconden voordat ze verdwijnen.

Aan boord van het ISS duurden de BEC's meer dan een seconde, het team een ​​ongekende kans bieden om hun eigendommen te bestuderen.

Dankzij microzwaartekracht konden de atomen ook worden gemanipuleerd door zwakkere magnetische velden, hun koeling versnellen en duidelijkere beeldvorming mogelijk maken.

'Opmerkelijke' doorbraak

Het creëren van de vijfde staat van materie, vooral binnen de fysieke grenzen van een ruimtestation, is geen geringe prestatie.

Eerst, bosonen - deeltjes met een gelijk aantal protonen en elektronen - worden gekoeld tot bijna het absolute nulpunt met behulp van lasers om ze op hun plaats te klemmen.

Hoe langzamer de atomen bewegen, hoe koeler ze worden.

Als ze warmte verliezen, er wordt een magnetisch veld geïntroduceerd om te voorkomen dat ze bewegen en de golf van elk deeltje zet uit. Veel bosonen in een microscopische "val" proppen die ervoor zorgt dat hun golven elkaar overlappen in een enkele materiegolf - een eigenschap die bekend staat als kwantumdegeneratie.

De tweede keer dat de magnetische val wordt vrijgegeven zodat wetenschappers het condensaat kunnen bestuderen, echter, de atomen beginnen elkaar af te stoten, waardoor de wolk uit elkaar vliegt en de BEC te verdund wordt om te detecteren.

Thompson en het team realiseerden zich dat de microzwaartekracht aan boord van het ISS hen in staat stelde om BEC's te maken van rubidium - een zacht metaal vergelijkbaar met kalium - in een veel ondieper val dan op aarde. Dit verklaart de enorm toegenomen tijd dat het condensaat kan worden bestudeerd voordat het diffundeert.

"Het belangrijkste is dat we de atomen kunnen observeren terwijl ze volledig onbegrensd (en dus onverstoord) door externe krachten drijven, ' zei Thompson.

Eerdere studies die het effect van gewichtloosheid op BEC's probeerden na te bootsen, gebruikten vliegtuigen in vrije val, raketten en zelfs apparaten vielen van verschillende hoogten.

Onderzoeksteamleider David Aveline vertelde AFP dat het bestuderen van BEC's in microzwaartekracht een groot aantal onderzoeksmogelijkheden opende.

"Toepassingen variëren van tests van de algemene relativiteitstheorie en zoektochten naar donkere energie en zwaartekrachtsgolven tot navigatie van ruimtevaartuigen en prospectie naar ondergrondse mineralen op de maan en andere planetaire lichamen, " hij zei.

© 2020 AFP