ترقية جديدة إلى محطة الفضاء الدوليةتم تمكين المختبر الكمي التابع لـ (ISS). ناسا أعلنت وكالة الفضاء الأمريكية عن استكشاف سلوك الذرات أبعد من أي وقت مضى.
من خلال الجمع بين “مختبر الذرة الباردة” الذي تمت ترقيته حديثًا في محطة الفضاء الدولية مع الجاذبية القريبة من الصفر للمدار الأرضي المنخفض، يحاول العلماء فهم خصائص ما يسمى بالذرات “فائقة البرودة” في بيئة من المستحيل تكرارها على الأرض. الهدف من المهمة هو دراسة كيفية تصرف سحب الذرات عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (سالب 459.67 درجة فهرنهايت أو -273.15 درجة مئوية) – أبرد درجة حرارة ممكنة في الكون، حيث تفقد الذرات كل طاقتها الحركية.
“في أبرد درجات الحرارة، تتصرف المادة بشكل مختلف تمامًا عن أي شيء شهدناه من قبل.” جيسون ويليامز، عالم مشروع مختبر الذرة الباردة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا، والذي قام ببناء المنشأة، قال في بيان. “إن الطبيعة الموجية للمادة هي المهيمنة، ويمكن للمادة فائقة البرودة أن تتصرف بطرق ليست غير متوقعة فحسب، بل تتيح أيضًا قياسات دقيقة للغاية للوقت والجاذبية والحركة. يحتوي المختبر على الكثير من الأدوات – خاصة مع هذه الترقية الأخيرة – للسماح لنا باستكشاف طبيعة الكون.”
جزيئات مخالفة للقواعد
الذرات وجسيماتها دون الذرية هي كائنات ميكانيكية كمومية يختلف سلوكها اختلافًا جوهريًا عن سلوك العالم واسع النطاق. على سبيل المثال، قوانين ميكانيكا الكم التنبؤ بأن الجسيمات يمكن أن تكون في أكثر من مكان في نفس الوقت (التراكب الكمي)؛ ويمكن ربطها ببعضها البعض بطريقة غامضة عبر مسافات كبيرة (التشابك الكمي)؛ وتتحرك عبر الزمكان كموجات وتتحرك مثل الأجسام الصلبة الثابتة.
لكن مراقبة هذه السلوكيات أمر بالغ الصعوبة. أولاً، الذرات صغيرة جدًا لدرجة أنه إذا كانت الذرة بحجم كرة الجولف، فإن الإنسان الذي يلعب بها سيقف تقريبًا على ارتفاع يعادل المسافة من الأرض إلى القمر. ثانيًا، من المستحيل عزل قياسات هذه السلوكيات للذرات في البيئات “العادية” (مثل الأرض)، حيث أن السلوك الكمي المطلوب يضطرب بسبب الطاقة الناتجة عن الحرارة والجاذبية.
وللتغلب على هذه التحديات، يستخدم مختبر الذرة الباردة التابع لمحطة الفضاء الدولية – وهو بحجم ثلاجة صغيرة – أشعة الليزر لتبريد غازات الروبيديوم والبوتاسيوم إلى درجة أعلى بقليل من الصفر المطلق. عند درجات الحرارة هذه، تشكل الذرات حالة من المادة تعرف باسم أ مكثف بوز-آينشتاين، حيث تتصرف العديد من الذرات كموجة واحدة من المادة الكمومية.
لا يسمح هذا الإعداد للعلماء بمراقبة السلوكيات الكمومية على نطاق أكبر بكثير من الذرات المفردة فحسب، بل إن الجاذبية المنخفضة تمكن موجات المادة المتكثفة من التوسع والتطور دون عائق لفترات أطول بكثير مما قد يكون ممكنًا على الأرض.
هذه هي الترقية الرئيسية الرابعة لمختبر الذرة الباردة التابع لناسا منذ وصوله على متن محطة الفضاء الدولية في عام 2018. وفقًا لناسا، تتضمن التحسينات المهمة في هذه الترقية الأخيرة مصيدة مغناطيسية معاد تصميمها لاحتواء سحابة الذرات، ومصادر ذرية محسنة، وقدرات قياس أفضل.
أطلق العلماء هذه التحديثات على محطة الفضاء الدولية في أبريل 2026، وتم منذ ذلك الحين تركيبها وتشغيلها والبدء في إجراء قياسات حديثة. بالإضافة إلى تمكين اختبارات جديدة للفيزياء الأساسية، تعد قياسات هذه التأثيرات أمرًا بالغ الأهمية في إظهار التقنيات الكمومية المستقبلية عالية الدقة والمتعلقة بتحديد المواقع والملاحة والتوقيت واستشعار الجاذبية. يمكن لهذه التقنيات يومًا ما أن تمكن رواد الفضاء من الإبحار على القمر بدون نظام تحديد المواقع وإنتاج خرائط عالية الدقة لجاذبية الأرض.
“في القرن الماضي، كانت هناك ثورة كمومية أدت إلى ظهور أجهزة الليزر والهواتف المحمولة وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي للتصوير الطبي”. إيثان إليوتوقال نائب عالم المشروع في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في كاليفورنيا في البيان. “إننا نجري عملية Quantum 2.0 – التلاعب المباشر بالحالات الكمومية الكبيرة – ونأمل في تحقيق مكاسب مماثلة في تكنولوجيا الكم من خلال تطوير هذا العلم في المدار.”
