Ιστορικό ρεκόρ στον κινεζικό διαστημικό σταθμό Tiangong: Άγγιξαν το απόλυτο μηδέν στα 9,7 πικοκέλβιν

Ένα ιστορικό ορόσημο για τη σύγχρονη κβαντική φυσική και την εξερεύνηση του διαστήματος πέτυχε διεθνής ομάδα ερευνητών στον κινεζικό διαστημικό σταθμό Tiangong. Οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν τη χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί ποτέ στην ανθρώπινη ιστορία, φτάνοντας μόλις τα 9,7 πικοκέλβιν (pK), δηλαδή κλάσματα του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα εντυπωσιακά αποτελέσματα της μελέτης, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Science, ανοίγουν νέους ορίζοντες στην κατανόηση της ύλης και θέτουν τις βάσεις για τεχνολογικές εφαρμογές αιχμής, από την υπεραγωγιμότητα έως τους κβαντικούς υπολογιστές.

Το συμπύκνωμα Bose-Einstein και η κατάρριψη του παγκόσμιου ρεκόρ

Για την επίτευξη του ιστορικού αυτού ρεκόρ, η ερευνητική ομάδα αξιοποίησε ένα κβαντομηχανικό νέφος ατόμων ρουβιδίου. Υπό συνθήκες ακραίου ψύχους, τα άτομα μεταπίπτουν σε μια εξωτική κατάσταση της ύλης, γνωστή ως συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Σε αυτό το στάδιο, η ατομική συμπεριφορά εκλείπει και τα σωματίδια συγχρονίζονται σε ένα ενιαίο μακροσκοπικό κβαντικό κύμα, αποκτώντας ιδιότητες όπως η πλήρης ροή χωρίς εσωτερική τριβή ή αντίσταση.

Η ύπαρξη αυτής της κατάστασης είχε προβλεφθεί θεωρητικά το 1924 από τον Σατιέντρα Ναθ Μποζ και τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ωστόσο απαιτήθηκαν δεκαετίες για την πειραματική επαλήθευσή της. Το νέο επίτευγμα στον σταθμό Tiangong συνέτριψε τόσο το προηγούμενο παγκόσμιο ρεκόρ των 38 πικοκέλβιν που είχε σημειωθεί στη Γη το 2021, όσο και το διαστημικό ρεκόρ των 52 πικοκέλβιν που κατείχε η NASA από το 2020, ρίχνοντας τη θερμοκρασία τέσσερις φορές χαμηλότερα.

Το στρατηγικό πλεονέκτημα της μικροβαρύτητας

Η διεξαγωγή του πειράματος σε τροχιά γύρω από τη Γη αποτέλεσε τον καθοριστικό παράγοντα για την επιτυχία του εγχειρήματος. Στο γήινο περιβάλλον, η βαρύτητα αναγκάζει τους φυσικούς να περιορίζουν τα άτομα με ισχυρά μαγνητικά πεδία. Η διαδικασία αυτή τα συμπιέζει, προκαλώντας ανεπιθύμητη αύξηση της θερμοκρασίας τους.

Αντίθετα, στις συνθήκες μικροβαρύτητας του διαστημικού σταθμού, η διάταξη CAPR (Cold Atom Physics Rack) επέτρεψε στους ερευνητές να χαλαρώσουν τα μαγνητικά πεδία. Χρησιμοποιώντας προηγμένες οπτικές παγίδες με λέιζερ, άφησαν το νέφος να διασταλεί ομαλά, μειώνοντας δραστικά τις συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και επιτυγχάνοντας πρωτοφανή ψύξη. Παράλληλα, τα άτομα παρέμειναν σταθερά για επτά ολόκληρα δευτερόλεπτα – ένα χρονικό διάστημα εξαιρετικά μεγάλο για τα δεδομένα της κβαντικής φυσικής, όπου τέτοια φαινόμενα διαρκούν μόλις κλάσματα του δευτερολέπτου στη Γη.

Ορίζοντες για κβαντικούς υπολογιστές και ενεργειακά δίκτυα

Η παρατεταμένη σταθερότητα του ατομικού νέφους επιτρέπει πλέον τη διεξαγωγή πειραμάτων κβαντικής συμβολομετρίας πρωτοφανούς ακρίβειας. Μεταξύ άλλων, οι επιστήμονες θα μπορούν να ελέγξουν με αυστηρότητα εάν η βαρύτητα ασκεί την ίδια επίδραση σε διαφορετικά άτομα, επικυρώνοντας τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Το επόμενο βήμα της επιστημονικής ομάδας περιλαμβάνει τη δημιουργία οπτικών πλεγμάτων με τη χρήση ακτίνων λέιζερ, προκειμένου να προσομοιωθεί με ακρίβεια η εσωτερική δομή των κρυστάλλων. Η προσέγγιση αυτή αναμένεται να ρίξει φως στη λειτουργία των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας, ανοίγοντας τον δρόμο για τη δημιουργία ηλεκτρικών δικτύων μηδενικών ενεργειακών απωλειών και υπολογιστικών συστημάτων επόμενης γενιάς.