Všeobecné

Fyzici sa snažia pozorovať gravitačné vlny pomocou kondenzátu Bose-Einstein


Kondenzát Bose-Einstein už roky fascinuje fyzikov, čo by to mohlo urobiť pre iné odvetvia vedy. Vedci dúfali, že jedného dňa budú pravdepodobne schopní využiť kvantové vlastnosti Bose-Einsteinových kondenzátov na detekciu gravitačných vĺn vesmíru.

Nové štúdie však viedli k sklamanému záveru: akákoľvek šanca na úspech kondenzátov Bose-Einsteinovcov na zistenie gravitačných vĺn je „nad možnosti súčasných metód“.

Prečo študovať gravitačné vlny?

Gravitačné vlny poskytujú astronómom množstvo informácií o našej galaxii. Sú výsledkom čiernych dier alebo neutrónových hviezd v hlbinách vesmíru. Astronómovia v súčasnosti využívajú na sledovanie týchto prípadov gravitačných vĺn kilometrové meracie zariadenia.

V roku 1916 Einstein predpokladal, že pohybujúce sa masy ako obrovské hviezdy zanechávajú v priestore a čase zárezy, ktoré sa potom šíria rýchlosťou svetla. Tieto „priehlbiny“ sa začali nazývať gravitačné vlny - pohybujúce sa podobne ako iné vlny, ako napríklad rádiové, svetelné a elektromagnetické.

Problém pôvodných štúdií gravitačných vĺn vyšiel z ich slabostí.

Väčšina gravitačných vĺn, ktoré sa dostanú na Zem, nemá dostatok energie na napájanie bežného komerčného vysávača. Toto z nich urobilo pre fyzikov rozsiahlu výzvu k lovu.

Jeden príklad v roku 2015 však fascinoval fyzikov aj astronómov. Dve obrovské čierne diery splývali asi 1,3 miliardy svetelných rokov od Zeme. Jedna z tých čiernych dier merala hmotnosť 36 slnka a druhá merala 29 slnka.

Keď sa účinky tejto fúzie dostali na Zem v septembri 2015, stačil slabý signál na zaregistrovanie pohybu v dvoch štvorkilometrových vákuových trubiciach v USA.

Tento prípad fascinoval výskumníkov v laboratóriách Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

„Keď gravitačné vlny dosiahli Zem, skrátili jednu z dvoch meracích vzdialeností o malý zlomok bilióna milimetra v obidvoch zariadeniach, zatiaľ čo druhý kolmý úsek sa predĺžil o podobné množstvo,“ načrtol výskumník HZDR Ralf Schützhold výsledky jeho kolegov.

Po roku analýzy údajov vedci úspešne detekovali gravitačné vlny viac ako 100 rokov po tom, čo ich Einstein prvýkrát predpovedal. Títo vedci získali v roku 2017 Nobelovu cenu za fyziku.

Ako mohli Bose-Einsteinove kondenzáty spozorovať gravitačné vlny

Zatiaľ čo astrofyzici oslavovali výskum v roku 2016, ďalší chceli vedieť, či je možné gravitačné vlny pozorovať pomocou oveľa menšieho vybavenia a v menších zariadeniach. Ako potenciálnu odpoveď hľadali Bose-Einsteinove kondenzáty.

Kondenzáty, ktoré pôvodne predpovedali Satyendranath Bose a Albert Einstein v roku 1924, existujú pri extrémne nízkych teplotách. Väčšina atómov kovov, ako je rubídium, existuje v rovnakom kvantovom stave, napriek tomu, že je chaotická ako pary pri vyšších teplotách.

„Takéto kondenzáty možno považovať za silne zriedené pary z jednotlivých atómov, ktoré sú extrémne ochladené a preto kondenzujú,“ vysvetlil Schützhold.

„Podobne ako častice laserového svetla sa atómy týchto kondenzátov Bose-Einstein pohybujú takpovediac synchronizovane,“ uviedol Schützhold.

Fyzici dúfali, že gravitačné vlny môžu zmeniť fonóny (zvukové častice) v synchronizovaných atómových kondenzátoch. Vedci by potom boli schopní tieto zmeny spozorovať a zmerať.

„Je to niečo podobné ako veľká nádrž s vodou, v ktorej vlny generované zemetrasením menia existujúce vodné vlny,“ vysvetlil Schützhold.

Prečo kondenzáty Bose-Einstein nefungujú

Krátka odpoveď, prečo sa kondenzáty nemôžu použiť? Neexistujú v takej veľkej veľkosti, aby registrovali gravitačné vlny.

„Dnes sa Bose-Einsteinove kondenzáty, napríklad s miliónom atómov rubídia, získavajú s veľkým úsilím, ale detekovať gravitačné vlny by trvalo omnoho viac ako miliónkrát viac atómov,“ uviedol Schützhold.

To však neznamená, že to jedného dňa nebude možné, uviedli vedci HZDR. Tím sa chce bližšie pozrieť na superchladené hélium. Aj keď sa hélium nekvalifikuje ako pravý Bose-Einsteinov kondenzát, malo by 10 percent synchronizovaných atómov. Vedci chcú preskúmať, či je to dosť vysoké percento na registráciu gravitačných vĺn.

„To, či superfluidné hélium je skutočne spôsob detekcie gravitačných vĺn, sa dá preukázať iba pomocou mimoriadne zložitých výpočtov,“ uzavrel Schützhold.


Pozri si video: ᴴᴰ Proven Meditation Technique: Open Your 3rd Eye in 15 Mins. EMDR Audio Soundtrack (Január 2022).