محطة تيانغونغ الفضائية تسجل رقماً قياسياً في تبريد الغاز الكمي

حقق باحثون على متن محطة تيانغونغ الفضائية الصينية رقماً قياسياً جديداً في تبريد الغاز الكمي، حيث نجحوا في إعداد سحابة من ذرات الروبيديوم بدرجة حرارة مكافئة تبلغ 9.7 بيكوكلفن، وهي أدنى درجة حرارة يتم قياسها في الفضاء حتى الآن. ونُشرت نتائج الدراسة في دورية "ساينس" العلمية، وشارك فيها باحثون من جامعة بكين، ومعهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة، ومركز تكنولوجيا وهندسة استخدام الفضاء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم.

تفاصيل التجربة العلمية

أنتج الفريق تكثيف بوز-أينشتاين باستخدام فخاخ ثنائية القطب الضوئية في المدار، حيث تكونت السحابة فائقة البرودة من نحو 20 ألف ذرة روبيديوم. واستخدم الباحثون مرحلتين من الفخاخ الليزرية المتقاطعة: الأولى للتبريد بالليزر والتبريد التبخيري في فخ ضوئي مركّز بإحكام، والثانية لفخ ضوئي أوسع تم إضعاف قيده لخفض طاقة تمدد السحابة قبل إطلاقها.

بعد إيقاف الفخ الثاني، ظل الغاز الكمي مرئياً لمدة سبع ثوانٍ من التمدد الحر، وهو ما يوفر نافذة مراقبة مطولة مقارنة بالتجارب الأرضية. وقاس الباحثون معدلات التمدد في ثلاثة محاور مكانية بين 300 و1600 ميلي ثانية لحساب درجة الحرارة المكافئة ثلاثية الأبعاد، والتي سجلت 9.7 بيكوكلفن مع نطاق عدم يقين يمتد من 7.0 إلى 12.9 بيكوكلفن.

أهمية بيئة الجاذبية الصغرى

تتيح بيئة الجاذبية الصغرى في المحطة الفضائية استخدام قيود أضعف بكثير دون ترهل الجاذبية الذي يعيق التجارب الأرضية، كما توفر فترات مراقبة أطول من مرافق السقوط الحر الأرضية التي تنتهي نافذتها التجريبية عند نفاد مسافة السقوط. ويقع جهاز فيزياء الذرات الباردة داخل وحدة مختبر "منغتيان" التي أُطلقت في أكتوبر 2022، ويجمع بين غرف تفريغ، وأنظمة ليزر، وملفات مغناطيسية، ومعدات تصوير، وتحكم إلكتروني.

تطبيقات مستقبلية محتملة

تمثل النتيجة منصة واعدة للأبحاث المستقبلية، حيث تتيح حقول الليزر المشكّلة بدقة دراسة أطوار كمومية غير معتادة أو محاكاة أنظمة متعددة الجسيمات المعقدة. ويقترح الباحثون زيادة أعداد الذرات باستخدام فخاخ ذات أحجام قابلة للتعديل، كما يفتح السجل الباب أمام تطوير مقياس تداخل ماش-زيندر الذري لاختبار مبادئ فيزيائية أساسية مثل مبدأ التكافؤ، رغم أن الدراسة لم تُجرِ اختباراً مكتملاً له.