En Soğuk Deney

Mayıs 2018’den bu yana Uluslararası Uzay İstasyonu, Soğuk Atom Laboratuvarı (Cold Atom Lab, CAL) adı verilen ve atomları mutlak sıfırın on milyarda bir derece üzerindeki sıcaklıklara kadar, vakum ortamında soğutabilen, mini buzdolabı büyüklüğünde bir sisteme ev sahipliği yapıyor. İlk bakışta garip gelse de bu cihazın içi, bilinen evrendeki en soğuk noktalardan biridir.  Nature‘da yayımlanan yeni bir araştırmaya göre, bilim insanları bu sistemi uzayda ilk kez nadir bir madde hali yaratmak için kullandılar.

Bazen maddenin beşinci hali olarak da adlandırılan Bose-Einstein yoğuşması (Bose-Einstein Condensate – BEC), mutlak sıfıra yakın derecelerde tek tek atomlar gibi davranmayı bırakan ve bir kolektif gibi davranmaya başlayan gaz halindeki atom bulutlarıdır. BEC’ler, ilk olarak 95 yıl önce Albert Einstein ve Satyendra Nath Bose tarafından tahmin edildi, ancak ilk kez sadece 25 yıl önce bilim insanları tarafından gözlemlendi.

Bir Bose-Einstein yoğuşması yapmak için, atomların manyetik alanlarla hapsedilip, soğutulması gerekir. Dünya yüzeyinde bu tuzak, atomları yer çekimine karşı destekleyecek kadar güçlü olmalıdır. Mikro yer çekimli ortamda böyle bir sorun olmadığından, tuzak zayıflatılabilir ve atom bulutunun genişlemesine ve soğumasına izin verilebilir. Bu işlem, yoğuşmanın Dünya üzerindeki aynı yöntemlerle mümkün olandan daha düşük sıcaklıklara ulaşmasını sağlar. Soğuk Atom Laboratuvarı’nda rubidyum atomları, 1 derece kelvinin milyarlarda birine ulaştı.

Mikro yer çekimli ortamın bir başka faydası da, bu tuhaf madde halinin ölçümlerinin daha uzun süre yapılabilmesidir. Normalde, atomlar tuzaktan serbest bırakılır ve daha sonra yer çekimi onları çekmeden önce hızlıca görüntülenir. Ancak mikro yerçekiminde araştırmacılar, salınan atomları 1,1 saniye kadar gözlemleyebildiklerini keşfettiler. Dünya’da ise aynı teknikler yaklaşık 40 milisaniyelik gözlem süreleri sağlayabiliyor.

Yörüngedeki başarılı Bose-Einstein yoğuşması deneyi, kuantum gazları ve atom interferometrisi için yeni araştırma fırsatları ortaya koyuyor ve daha iddialı araştırmaların yolunu açıyor.

Sadece bir ilk adım olmasına rağmen, CAL deneyi bir gün BEC’lerin yer çekimi dalgaları ve karanlık enerji gibi evrenin en gizemli olaylarına ait bazı zayıf sinyalleri tespit eden ultra hassas araçların temelini oluşturmaya yardımcı olabilir. Daha pratik bir açıdan bakıldığında, ekibin çalışmasının daha gelişmiş eylemsizlik sensörlerine yol açabileceğine inanılıyor. Bu teknolojinin uygulamaları ivmeölçerler ve sismometrelerden jiroskoplara kadar uzanıyor.