Atomový čip mise rakety MAIUS-1. Kredit: German Aerospace Center.

Boseho-Einsteinův kondenzát je extrémní polévka z bosonů při teplotě blízké absolutní nule. Až doposud ho vyráběli v pozemských fyzikálních laboratořích a v roce 2001 za něj Cornell, Wieman a Ketterle dostali Nobelovu cenu za fyziku. Teď ale fyzika míří do vesmíru.

Ernst M. Rasel. Kredit: Leibniz Universität Hannover.

Ernst Rasel z německé Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover a jeho mezinárodní tým jako první uspěli s výrobou Boseho-Einsteinova kondenzátu ve vesmíru. V těchto dnech o tom napsal prestižní Nature, jak jinak. Dokázali to během volného pádu za letu suborbitální rakety MAIUS-1. Raketa startovala 23. ledna 2017 z kosmodromu Esrange Space Center nedaleko švédské Kiruny. Vznesla se do výšky 243 kilometrů a pak experimentální záření za 1,6 sekundy prudkým ochlazením vytvořilo Boseho-Einsteinův kondenzát z přibližně 100 tisíce atomů.

Experiment MAIUS-1. Kredit: DLR.

Experiment tvořil speciální „atomový čip“ (atom chip) s magnetooptickou pastí mikronové velikosti, která obsahovala atomy rubidia-87. Tento čip byl nainstalován uvnitř třímetrové kapsule s elektronikou, lasery a nezbytným zdrojem energie. Během příštích 6 minut volného pádu zařízení uskutečnilo s Boseho-Einsteinovým kondenzátem celkem 110 experimentů. Takový experimentální nářez by podle badatelů nebyl možný bez pečlivého naplánování celé mise a nasazení umělé inteligence.

Tým experiment s raketou MAIUS-1. Kredit: German Aerospace Center.

Až doposud fyzici prováděli pokusy s Boseho-Einsteinovým kondenzátem v prostředí mikrogravitace na experimentální věži ZARM Drop Tower v německých Brémách. ZARM dokáže vytvořit mikrogravitaci u padajícího experimentu po dobu pár sekund. V případě experimentů s Boseho-Einsteinovým kondenzátem vědci zvládli maximálně 3 pády za den, během nichž byl BE kondenzát v mikrogravitaci vždy méně než 5 sekund. To je nepochybně lepší než nic, ale žádné velké zázraky se s takovými experimenty čekat nedají.

Proč si fyzici vlastně hrají s Boseho-Einsteinovýn kondenzátem v mikrogravitaci? Za prvé, fyzici jsou fascinovaní hmotou, ve které mají atomy obvykle minimální kvantovou energii a jsou ve stejném kvantovém stavu, díky čemuž je jejich kvantové chování pozorovatelné na makroskopické úrovni. A za druhé, tuto pozoruhodnou hmotu by bylo možné použít pro vesmírné atomové interferometry k pozorování gravitačních vln, které by byly mnohem citlivější, než soudobé pozemní interferometry. Problém je ovšem v tom, že se do takových experimentů hodně plete gravitace, takže je nutné je dělat v mikrogravitaci.
V dohledné době by se měl Boseho-Einsteinův kondenzát vyrábět na oběžné dráze, na palubě Mezinárodní vesmírné stanice. Mají tam na to pozoruhodné experimentální zařízení Cold Atom Laboratory, které letos v květnu (2018) dopravil na ISS kosmický náklaďák Orbital ATK Cygnus s nosnou raketou Antares.

Klíčovým úkolem mise suborbitální rakety s Boseho-Einsteinovým kondenzátem bylo vyzkoušet technologii pro budoucí mise. To se povedlo na jedničku, takže brzy můžeme čekat další podobné experimenty. Když Rasel a jeho tým porovnali výsledky série experimentů z rakety s experimenty na Zemi, tak byly prakticky shodné. Jinými slovy, neobjevili žádnou novou fyziku. Ale příště, kdo ví?

Video:  NASA’s Cold Atom Lab: The Coolest Experiment in the Universe


Literatura
Physic World 17. 10. 2018, Nature 562: 391–395.