Немецкие учёные создали в космосе не атомы
Европейские исследователи 23 января 2017 года впервые смогли получить конденсат Бозе — Эйнштейна в космосе. В ближайшие годы с помощью аналогичных экспериментов они планируют проверить важнейший принцип эквивалентности, лежащий в основе общей теории относительности — фундаменте современной физики. О событии сообщает Германский центр авиации и космонавтики. Полученный конденсат не является искусственным атомом, как утверждает ряд СМИ, и исходное сообщение Германского центра авиации и космонавтики не содержит такого утверждения.
На борту небольшой метеорологической ракеты, запущенной в ближний космос, была заранее установлена ловушка с суперохлаждёнными атомами рубидия. Их температуру довели почти до абсолютного нуля в два этапа. Сперва лазерными импульсами атомы максимально замедлили (их движения, по сути, и являются температурой). Затем замедленные атомы поместили в магнитную ловушку, магнитное поле которой было выбрано точно таким, чтобы атомы с кинетической энергией чуть выше определённого уровня могли её покинуть. Когда это произошло, в ловушке остались лишь "отборные", ультрахолодные атомы. На базе их группы и был образован так называемый конденсат Бозе — Эйнштейна.
Результат важен с практической точки зрения. Ещё десять лет назад для приведения вещества в такое экзотическое состояние требовались мощные охладительные установки размером с комнату. Их просто нельзя было поместить на небольшую ракету, поэтому до сих пор ничего подобного ещё никто не делал.
Данный эксперимент, MAIUS 1, служит подготовительным этапом для более важных MAIUS 2 и 3, которые пройдут в 2018–2019 годах. В их ходе будет использоваться сразу два конденсата Бозе — Эйнштейна: один — на базе атомов рубидия, другой — на основе атомов калия. Измеряя изменения их скорости в невесомости при свободном падении, учёные смогут выяснить, верен ли принцип эквивалентности Эйнштейна. По нему между силами инерции и гравитации нельзя провести различия: их эффекты для свободно падающего тела одинаковы. Если эксперименты установят неправоту принципа, это может привести к пересмотру основ физики. Если они подтвердят его, это послужит дополнительным доказательством основ теории относительности.
Следует отметить, что комментарии многих российских СМИ о том, что учёные впервые создали искусственный атом в космосе, имеет весьма опосредованное отношение к действительности. Конденсат Бозе — Эйнштейна — не искусственный атом. Это группы обычных бозонов (частиц с целым спином), охлаждённых до температур, близких к абсолютному нулю. Атом состоит из объединённых в ядро протонов и (часто) нейтронов, а также электронов, размещённых вокруг этого ядра. Конденсат Бозе — Эйнштейна не обладает ядром. Из-за этого его электроны не образуют единой взаимодействующей системы, подобной атому.
Часто и не вполне корректно искусственным атомом называется структура, внутри которой электроны находятся "в ловушке", то есть могут иметь только те же дискретные уровни энергии, что и электроны в электронных оболочках обычных атомов. Таким "атомом" является, в принципе, любая квантовая точка. Также искусственным атомом в популярный литературе называют кубит (квантовый бит), построенный из нескольких джозефсоновских контактов. Такой контакт состоит из двух сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика (изолятора).
Во-первых, способность удерживать электроны — не единственная и не главная для атома. Во-вторых, сами компоненты "искусственного атома" не соответствуют компонентам реального атома. Скорее можно сказать, что ловушки для частиц могут имитировать одно из частных свойств реального атома. Однако это делает их "искусственными атомами" не более, чем наличие у статуй голов и четырёх конечностей делает их искусственными людьми.