Serbest düşen cisimlerin hareketi bileşimlerinden bağımsızdır. Bu, modern yerçekimi anlayışımızın temelini oluşturan Einstein'ın Eşdeğerlik İlkesi'nin (EEP) temellerinden biridir. Ancak bu prensip sürekli inceleme altındadır. Bunun herhangi bir ihlali bize karanlık enerji ve karanlık madde arayışımızda ipuçları verirken, aynı zamanda kara delikler ve yerçekimi ile kuantum mekaniğinin buluştuğu diğer sistemler hakkındaki anlayışımıza da yol gösterecektir.

ABD, Fransa ve Almanya'dan bilim insanları artık EEP'yi test etmek için yeni bir sistem oluşturdular: Uluslararası Uzay İstasyonunda (ISS) Dünya'nın etrafında dönen iki ultra soğuk kuantum gazının karışımı. Ayrıca, EEP'nin test edilmesine yönelik "önemli bir adım" olarak tanımladıkları, uzaydaki ilk çift tür atom interferometresini de gösterdiler. Bu deneyle cevaplamayı hedefledikleri soru basittir: Kütleleri farklı iki atom aynı hızla mı düşer?

ISS'deki soğuk atomlar

ISS, Soğuk Atom Laboratuvarı (CAL), uzaydaki atomlar için bir “oyun alanı”dır. 2018'de fırlatılan bu araç, 2020'de uzaydaki ilk Bose-Einstein Yoğuşmasını (BEC) yarattı; bu, atomları mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklara kadar soğuttuktan sonra elde edilen maddenin özel bir durumuydu. Bu ilk kuantum gazı, ultra soğuk rubidyum atomlarından oluşuyordu, ancak 2021'deki yükseltmenin ardından CAL, potasyum atomlarından kuantum gazları yapmak için bir mikrodalga kaynağına da ev sahipliği yapıyor.

Açıklanan son çalışmada, TabiatCAL bilim adamları, ISS'de her iki türün kuantum karışımını oluşturdular. "Bu kuantum karışımını uzayda üretmek, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesini test etmek için yüksek hassasiyetli ölçümler geliştirmeye yönelik önemli bir adımdır" diyor Gabriel MüllerAlmanya'nın Hannover kentindeki Leibniz Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olan ve deneyde yer alan Dr.

Bu karışımı elde etmek için ekip, rubidyum atomlarını manyetik bir tuzağa hapsetti ve en enerjik "sıcak" atomların tuzaktan buharlaşmasına izin vererek "soğuk" atomları geride bıraktı. Bu, atomlar belirli bir kritik sıcaklığın altına düştüğünde sonuçta kuantum gazına faz geçişine yol açar.

Bu süreç potasyum atomları için de işe yarasa da, her iki türün aynı tuzakta aynı anda buharlaştırılması kolay değildir. Rubidyum ve potasyum atomlarının iç enerji yapıları farklı olduğundan, tuzaktaki başlangıç ​​sıcaklıkları değişir ve böylece tuzağın optimum koşulları ve kritik sıcaklığa ulaşmak için gereken buharlaşma süresi de değişir. Sonuç olarak bilim insanları farklı bir çözüme yönelmek zorunda kaldı. Müller, "Potasyum kuantum gazı buharlaşmalı soğutma yoluyla üretilmiyor, bunun yerine buharlaştırılmış ultra soğuk rubidyum gazıyla doğrudan termal temas yoluyla 'sempatik olarak' soğutuluyor" diye açıklıyor.

Bu kuantum gazını uzayda üretmenin yararları olduğunu ekliyor. “Dünyada yerçekimsel bir sarkma var, bu da farklı kütlelerdeki iki atomun tuzakta aynı konumda olmayacağı anlamına geliyor. Öte yandan uzayda yerçekimsel etkileşim zayıf ve iki tür örtüşüyor.” Mikro yerçekiminde çalışmanın bu yönü, aksi takdirde yerçekiminin Dünya üzerindeki etkileri tarafından ele geçirilecek olan iki tür arasındaki etkileşimleri gözlemlemeyi amaçlayan deneyler yapmak için gereklidir.

Kuantum durum mühendisliğinin hayati rolü

Rubidyum ve potasyum atomlarından oluşan bir kuantum karışımı üretmek, CAL ekibini EEP'yi test etmeye bir adım daha yaklaştırıyor ancak deneyin diğer unsurlarının hala evcilleştirilmesi gerekiyor. Örneğin tuzakta iki tür üst üste binse de, tuzaktan serbest bırakıldıklarında başlangıç ​​konumları biraz farklıdır. Müller, bunun kısmen her atom türünün farklı dinamiklere yol açan özelliklerinden kaynaklandığını, ancak bunun aynı zamanda tuzak salınımının anlık olmamasından da kaynaklandığını, yani türlerden birinin diğerine göre artık bir manyetik kuvvet yaşadığını açıklıyor. Bu tür sistematik etkiler, gerektiği gibi önlem alınmadığı takdirde kolayca EEP'nin ihlali olarak ortaya çıkabilir.

Bu nedenle bilim insanları dikkatlerini tuzaklarının sistematiğini karakterize etmeye ve istenmeyen gürültüyü azaltmaya yöneltti. Müller, "Bu, her iki türün iyi tasarlanmış giriş durumlarını oluşturmak için Hannover'de aktif olarak yürütülen bir çalışmadır ve bu, interferometreyi başlatmadan önce benzer başlangıç ​​koşullarına ihtiyaç duyduğunuz için çok önemli olacaktır" diyor. Başlangıçtaki konum sorununa bir çözümün, manyetik tuzağı kapatmadan önce her iki türü de yavaş yavaş tek bir konuma taşımak olacağını ekliyor. Bu yüksek hassasiyetle yapılabilse de atomların ısınması ve bir kısmının kaybolması pahasına olur. Bilim adamları bu nedenle taşıma mekanizmasını optimize etmek ve böylece atom dinamiği üzerinde benzer, ancak çok daha hızlı bir kontrol elde etmek için makine öğrenimini kullanmayı umuyorlar.

Uzayda çift tür atom interferometresi

Bu sorunlar çözüldükten sonra bir sonraki adım, çift tür atom interferometrisi kullanılarak bir EEP testi gerçekleştirmek olacaktır. Bu, iki aşırı soğuk atom bulutunun tutarlı bir süperpozisyonunu oluşturmak için ışık darbelerinin kullanılmasını, ardından bunların yeniden birleştirilmesini ve belirli bir serbest evrim süresinden sonra onların müdahale etmesine izin verilmesini içerir. Girişim deseni, karışımın ivmesi hakkında değerli bilgiler içeriyor; bilim insanları bundan her iki türün de aynı yerçekimi ivmesini yaşayıp yaşamadığını çıkarabiliyor.

Bu teknikte sınırlayıcı bir faktör, lazer ışınının ve atom numunesinin konumlarının ne kadar iyi örtüştüğüdür. Müller, "Bu işin en zor kısmı" diye vurguluyor. Sorunlardan biri, ISS'deki titreşimlerin lazer sisteminin titreşmesine neden olarak sisteme faz gürültüsü getirmesidir. Diğer bir sorun ise, her iki türün farklı kütle ve atomik enerji seviyesi yapısının, titreşim gürültüsüne farklı tepki vermelerine yol açması ve iki atom interferometresi arasında bir zayıflama meydana gelmesidir.

Son çalışmada, bilim insanları karışımın eş zamanlı atom interferometrisini gösterdiler ve rubidyum ile potasyum atomlarının girişim modeli arasındaki bağıl fazı ölçtüler. Ancak böyle bir aşamanın muhtemelen EPP'nin ihlalinden ziyade, uğraştıkları gürültü kaynaklarından kaynaklandığının farkındalar.

Gelecek görevler

Atom sayısını artırmak, lazer kaynaklarını geliştirmek ve deneysel dizide yeni algoritmalar uygulamak amacıyla ISS'ye yeni bir bilim modülü başlatıldı. Ancak temel olarak CAL bilim insanları, atalet hassas ölçümünün mevcut teknolojinin ötesinde olduğunu göstermeye çalışıyorlar. Hannover, "Bu tür gerçekleşmeler, serbest düşüşün evrenselliğini benzeri görülmemiş seviyelere test edecek gelecekteki uydu misyonları için önemli kilometre taşlarıdır" diyor. Naceur Gaaloul, son makalenin ortak yazarı.

Gaaloul'un bahsettiği örneklerden biri STE-QUEST (Uzay-Zaman Kaşifi ve Kuantum Eşdeğerlik Prensibi Uzay Testi) önerisidir; bu öneri, hızlanmadaki 10 saniye kadar küçük farklılıklara duyarlı olacaktır.^-17 bayan². Bu hassasiyet, bir elmayı ve bir portakalı düşürüp bir saniye sonra protonun yarıçapı içindeki konumlarındaki farkı ölçmeye eşdeğerdir. Uzayın zor olduğu biliniyor, ancak uzaydaki atom interferometrisi daha da zordur.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/space-borne-atoms-herald-new-tests-of-einsteins-equivalence-principle/