Od května 2018 je na palubě Mezinárodní vesmírné stanice ISS zařízení o velikosti minibaru. Jmenuje se Cold Atom Lab (CAL) a je schopné ochladit atomy ve vakuu na téměř absolutní nulu. Jde tedy o jedno z míst ve vesmíru, kde panuje vůbec největší zima. Vědci tento přístroj podle časopisu Nature využili k vytvoření jednoho z nejvzácnějších a nejpodivnějších skupenství hmoty – poprvé to dokázali na této stanici.
Této hmotě se říká Bose-Einsteinův kondenzát a také se mu přezdívá páté skupenství hmoty. Jedná se o plynné oblaky atomů, které se při nízké teplotě přestávají chovat jako individuální částice, ale získávají vlastnosti kolektivního chování.
Poprvé teoreticky předpověděli tuto podivnou hmotu už před 95 lety Šatendranáth Bose a Albert Einstein, ale laboratorně se ji podařilo vytvořit teprve před pětadvaceti lety.
Vznik kondenzátu je velmi složitý: je potřeba dostat atomy (v tomto případě to byly atomy rubidia a draslíku) do komory s ultra-nízkou teplotou. Tam se atomy vlivem blízkosti absolutní nuly zpomalí. Pak se pomocí magnetické pasti a laserů atomy „naženou“ do hustého oblaku… a přesně v tento moment se začnou chovat „divně“.
„Jako by se prolnuly do sebe,“ popisuje fyzik David Aveline z NASA, který tento výzkum ze Země na dálku vedl.
Proč ve vesmíru?
Aby tento pokus mohl proběhnout, musí se uvolnit magnetická past – oblak nahuštěných částic se totiž musí rozpínat; je to užitečné, protože kondenzát musí zůstat chladný a plyny se při expandování ochlazují. Jenže současně platí, že se od sebe atomy nesmí vzdálit příliš daleko, protože pak by se přestaly chovat jako kondenzát.
Přesně k tomu se hodí prostor s mikrogravitací, jako je vesmírná laboratoř na oběžné dráze. Na Zemi totiž gravitace přitáhne částice dolů, což pokusy velmi komplikuje – kondenzát totiž vydrží jen zlomek doby, než by vědci potřebovali.
Fyzici proto s nadějí připravili experiment na oběžné dráze. Výpočty naznačovaly, že v přístroji CAL a v mikrogravitaci by všechno mohlo fungovat mnohem lépe a kondenzát by mohl existovat mnohem delší dobu než na Zemi.
Poprvé s tím experimentovali němečtí vědci roku 2008, když spouštěli zařízení ze 146 metrů vysoké věže, roku 2018 poprvé proběhl test ve vesmíru, jen v drobném samostatném zařízení. Oba pokusy uspěly, takže nyní se začalo s výzkumem na ISS, kde jsou pro to ideální podmínky. Hned první test skončil úspěchem: páté skupenství hmoty vydrželo existovat 1,118 sekundy, což je výrazně více než na Zemi. Konečným cílem ale je, aby toto skupenství vydrželo dokonce až 10 sekund.
K čemu to je?
Přestože se tato skupenství mohou zdát jako velmi exotická záležitost, vědci z NASA už vědí, k čemu by je chtěli využít. Věří, že v budoucnosti by se daly použít jako extrémně citlivé senzory, jež by mohly odhalovat slaboučké signály například gravitačních vln nebo temné energie.
Svou roli by ale měly i na Zemi, tam by mohly sloužit například jako výjimečně citlivé seismometry.
