الصين تحقق رقماً قياسياً جديداً في التبريد وتقترب من الصفر المطلق على متن محطتها الفضائية

على متن محطة الفضاء الصينية، تمكن باحثون صينيون من تحقيق رقم قياسي جديد في التبريد، بعدما خفضوا درجة الحرارة المكافئة لسحابة من ذرات الروبيديوم إلى 9.7 بيكوكلفن فوق الصفر المطلق، علماً أن أصغر درجة حرارة يمكن أن تبلغها المادة نظرياً هي الصفر المطلق، والذي يساوي 0 كلفن أو -273.15 درجة مئوية.

وقد استنتج الباحثون هذه الدرجة من بطء حركة الذرات وتمددها، إذ أصبحت حركتها محدودة إلى مستوى يعادل درجة حرارة قريبة للغاية من الصفر المطلق. ولا يعني ذلك أن الأجهزة أو البيئة المحيطة بالتجربة وصلت فعلياً إلى هذه الدرجة الحرارية.

ولتحقيق هذا الإنجاز، استخدم الباحثون مصائد ضوئية تعتمد على أشعة الليزر لاحتجاز نحو 20 ألف ذرة روبيديوم وتقليل حركتها تدريجياً حتى تكوّن ما يُعرف بمكثف بوز-أينشتاين، وهي حالة كمومية فريدة تتصرف فيها مجموعة كبيرة من الذرات كما لو كانت كياناً واحداً. وتُعد هذه الحالة أداة مهمة لدراسة الظواهر الكمومية بدقة عالية واختبار بعض المبادئ الأساسية في الفيزياء.

وقد ساعدت محطة الفضاء في تحقيق هذه النتائج بسبب بيئة الجاذبية الصغرى في المدار؛ فعلى الأرض، تؤدي الجاذبية إلى هبوط السحب الذرية بسرعة، ما يحد من زمن المراقبة ويجعل الوصول إلى درجات حرارة أشد انخفاضاً أكثر صعوبة. أما في الفضاء، فيمكن إبقاء الذرات في حالة سقوط حر لفترة أطول، مما يسمح بتبريدها بصورة أفضل ودراسة سلوكها لفترات أطول.

واستفاد الفريق من هذه الميزة لمراقبة تمدد السحابة الذرية لمدة وصلت إلى 7 ثوانٍ بعد إطلاقها من المصيدة، وهي مدة طويلة نسبياً في مثل هذه التجارب. ويزيد ذلك من فرص رصد تأثيرات فيزيائية أضعف وأكثر دقة كان من الصعب قياسها سابقاً.

ويعتمد النظام المستخدم على مزيج من التبريد التبخيري وتقنيات بصرية ومغناطيسية دقيقة صُممت خصيصاً للعمل في بيئة الفضاء. كما يتطلب تحكماً شديد الدقة في الليزر والإلكترونيات لمنع أي اهتزازات أو اضطرابات قد تؤثر في السحابة الذرية فائقة البرودة.

ولا تقتصر أهمية الإنجاز على تسجيل رقم قياسي جديد في البرودة، بل يفتح المجال لتجارب مستقبلية في المحاكاة الكمومية وأجهزة قياس فائقة الدقة تعتمد على الخصائص الموجية للذرات. ويمكن أن تسهم هذه التقنيات مستقبلاً في تحسين قياسات الجاذبية واختبار بعض النظريات الفيزيائية الأساسية ودراسة ظواهر يصعب رصدها في المختبرات الأرضية.