Một nhóm các nhà khoa học NASA đã tiết lộ những kết quả đầu tiên từ các thí nghiệm ngưng tụ BoseEinstein trên Trạm vũ trụ quốc tế, nơi các hạt có thể được điều khiển miễn phí khỏi sự ràng buộc của trọng lực Các nhà khoa học đã lần đầu tiên quan sát thấy trạng thái vật chất thứ năm trong không gian, đưa ra cái nhìn sâu sắc chưa từng thấy có thể giúp giải quyết một số câu hỏi hóc búa nhất của vũ trụ lượng tử, nghiên cứu cho thấy hôm thứ Năm. BoseEinstein ngưng tụ (BECs) Sự tồn tại của nó được dự đoán bởi Albert Einstein và nhà toán học Ấn Độ Satyendra Nath Bose gần một thế kỷ trước đã được hình thành khi các nguyên tử của một số nguyên tố được làm lạnh đến gần 0 tuyệt đối (0 Kelvin, âm 273,15 Celsius). Tại thời điểm này, các nguyên tử trở thành một thực thể duy nhất có tính chất lượng tử , trong đó mỗi hạt cũng có chức năng như một làn sóng vật chất. Các BEC đứng giữa ranh giới giữa thế giới vĩ mô được điều khiển bởi các lực như trọng lực và mặt phẳng vi mô, được cai trị bởi cơ học lượng tử . Các nhà khoa học tin rằng BEC chứa những manh mối quan trọng đối với các hiện tượng bí ẩn như năng lượng tối tối, năng lượng không xác định được cho là đứng sau sự giãn nở đang gia tăng của Vũ trụ. Nhưng BEC cực kỳ mong manh. Sự tương tác nhỏ nhất với thế giới bên ngoài là đủ để làm ấm chúng vượt qua ngưỡng ngưng tụ của chúng. Điều này khiến các nhà khoa học gần như không thể nghiên cứu trên Trái đất, nơi trọng lực cản trở các từ trường cần thiết để giữ chúng tại chỗ để quan sát.
Lượng tử 'trạng thái vật chất thứ năm' lần quan sát không gian Patrick Galey Một nhóm nhà khoa học NASA tiết lộ kết từ thí nghiệm ngưng tụ Bose-Einstein Trạm vũ trụ quốc tế, nơi hạt điều khiển miễn phí khỏi ràng buộc trọng lực Các nhà khoa học lần quan sát thấy trạng thái vật chất thứ năm khơng gian, đưa nhìn sâu sắc chưa thấy giúp giải số câu hỏi hóc búa vũ trụ lượng tử, nghiên cứu cho thấy hôm thứ Năm Bose-Einstein ngưng tụ (BECs) Sự tồn dự đốn Albert Einstein nhà toán học Ấn Độ Satyendra Nath Bose gần kỷ trước hình thành nguyên tử số nguyên tố làm lạnh đến gần tuyệt đối (0 Kelvin, âm 273,15 Celsius) Tại thời điểm này, nguyên tử trở thành thực thể có tính chất lượng tử , hạt có chức sóng vật chất Các BEC đứng ranh giới giới vĩ mô điều khiển lực trọng lực mặt phẳng vi mô, cai trị học lượng tử Các nhà khoa học tin BEC chứa manh mối quan trọng tượng bí ẩn lượng tối tối, lượng không xác định cho đứng sau giãn nở gia tăng Vũ trụ Nhưng BEC mong manh Sự tương tác nhỏ với giới bên đủ để làm ấm chúng vượt qua ngưỡng ngưng tụ chúng Điều khiến nhà khoa học gần nghiên cứu Trái đất, nơi trọng lực cản trở từ trường cần thiết để giữ chúng chỗ để quan sát Vào thứ năm, nhóm nhà khoa học NASA tiết lộ kết từ thí nghiệm BEC Trạm vũ trụ quốc tế, nơi hạt thao tác miễn phí khỏi ràng buộc Trái đất "Trọng lực cho phép giam cầm nguyên tử với lực yếu nhiều, khơng phải hỗ trợ chúng chống lại trọng lực", Robert Thompson từ Viện Công nghệ California, Pasadena, nói với AFP Nghiên cứu cơng bố tạp chí Nature ghi lại số khác biệt đáng kinh ngạc thuộc tính BEC tạo Trái đất ISS Đối với điều, BEC phịng thí nghiệm mặt đất thường kéo dài phần nghìn giây trước tiêu tan Trên tàu ISS, BEC kéo dài giây, mang đến cho nhóm hội chưa có để nghiên cứu tài sản họ Trọng lực cho phép nguyên tử bị thao túng từ trường yếu hơn, tăng tốc độ làm mát cho phép hình ảnh rõ ràng Đột phá 'đáng ý' Tạo trạng thái vật chất thứ năm, đặc biệt giới hạn vật lý trạm vũ trụ, khơng có nghĩa kỳ cơng Đầu tiên, hạt boson có số lượng proton electron làm lạnh đến gần tuyệt đối cách sử dụng laser để kẹp chúng chỗ Các nguyên tử di chuyển chậm, chúng trở nên lạnh Khi chúng nhiệt, từ trường đưa vào để giữ cho chúng khơng di chuyển sóng hạt mở rộng Việc nhồi nhét nhiều boson vào "cái bẫy" siêu nhỏ khiến cho sóng chúng trùng thành sóng vật chất nhất, thuộc tính gọi thối hóa lượng tử Cái bẫy từ thứ hai phát hành để nhà khoa học nghiên cứu chất ngưng tụ, nhiên, nguyên tử bắt đầu đẩy nhau, khiến đám mây bay BEC trở nên loãng để phát Thompson nhóm nghiên cứu nhận vi trọng lực tàu ISS cho phép họ tạo BEC từ rubidium, kim loại mềm tương tự kali bẫy nông so với Trái đất Điều chiếm thời gian gia tăng đáng kể nghiên cứu trước khuếch tán "Quan trọng quan sát ngun tử chúng trơi hồn tồn khơng bị giới hạn (và khơng bị xáo trộn) lực lượng bên ngồi", Thompson nói Các nghiên cứu trước cố gắng mô hiệu ứng không trọng lượng BEC sử dụng máy bay rơi tự , tên lửa chí máy rơi từ nhiều độ cao khác Trưởng nhóm nghiên cứu David Aveline nói với AFP nghiên cứu BEC vi trọng lực mở loạt hội nghiên cứu "Các ứng dụng bao gồm từ thử nghiệm thuyết tương đối rộng tìm kiếm lượng tối sóng hấp dẫn đến điều hướng tàu vũ trụ tìm kiếm khoáng chất bề mặt mặt trăng quan hành tinh khác", ơng nói Kỳ lạ, trạng thái thứ năm vật chất tạo trạm vũ trụ Các nhà khoa học tạo dạng vật chất kỳ lạ môi trường vi trọng lực độc đáo Trạm vũ trụ quốc tế sử dụng để khám phá giới lượng tử, nghiên cứu cho thấy Có bốn trạng thái vật chất phổ biến sống hàng ngày - chất khí, chất lỏng, chất rắn plasma Tuy nhiên, có trạng thái vật chất thứ năm - ngưng tụ BoseEinstein (BEC) , mà nhà khoa học lần tạo phịng thí nghiệm 25 năm trước Khi nhóm nguyên tử làm lạnh đến gần tuyệt đối, nguyên tử bắt đầu tụ lại với nhau, hoạt động thể chúng "siêu nguyên tử" lớn Bose-Einstein ngưng tụ nằm ranh giới giới hàng ngày, chịu chi phối vật lý cổ điển giới vi mô, tuân theo quy tắc học lượng tử Trong giới học lượng tử, hạt hành xử thể quay theo hai hướng ngược lúc, thể tồn hai nhiều vị trí lúc Vì chúng tn theo số hành vi lượng tử này, ngưng tụ Bose-Einstein cung cấp cho nhà khoa học manh mối quan trọng hoạt động học lượng tử, có khả giúp giải bí ẩn cách tạo " lý thuyết thứ " giải thích hoạt động vũ trụ từ quy mô nhỏ đến lớn Liên quan: Các nguyên tử Ultracold cung cấp nhìn sâu sắc vũ trụ sơ khai SOUND Các nhà khoa học thường xuyên tạo ngưng tụ Bose-Einstein hàng trăm phịng thí nghiệm khắp giới Tuy nhiên, hạn chế cản trở nghiên cứu trọng lực Những "siêu nguyên tử" mỏng manh thiết lập sử dụng để tạo chúng tinh vi, lực hấp dẫn cảm thấy Trái đất phá vỡ hai, khiến cho việc tìm hiểu nhiều chúng trở nên khó khăn Do đó, nhà nghiên cứu phát triển Phịng thí nghiệm ngun tử lạnh , tạo ngưng tụ Bose-Einstein vi trọng lực tìm thấy quỹ đạo trạm vũ trụ Ra mắt vào năm 2018, Cold Atom Lab nhỏ cần lượng lượng tương đối nhỏ nên đáp ứng ràng buộc cụ thể tàu vũ trụ Mặc dù thiết bị ban đầu cần thiết để tạo ngưng tụ Bose-Einstein Trái đất chiếm tồn phịng thí nghiệm, Phịng thí nghiệm Ngun tử Lạnh chiếm khoảng 14 feet khối (0,4 mét khối) hồn tồn cần cơng suất trung bình 510 watt Sử dụng Phịng thí nghiệm nguyên tử lạnh, nhà nghiên cứu nghiên cứu phát họ tăng lượng thời gian họ phân tích chất ngưng tụ sau bẫy giam giữ vật liệu bị tắt giây So sánh, Trái đất, nhà khoa học có phần trăm giây cho nhiệm vụ Ngoài ra, vi trọng lực , nhà khoa học thấy họ cần lực yếu để bẫy phần ngưng tụ Điều này, đến lượt nó, có nghĩa họ tạo chất ngưng tụ nhiệt độ thấp Và, nhiệt độ này, hiệu ứng lượng tử kỳ lạ ngày rõ rệt Cho đến với nghiên cứu này, nhà nghiên cứu tạo ngưng tụ Bose-Einstein cách sử dụng nguyên tử rubidium Cuối cùng, họ nhắm đến việc thêm nguyên tử kali để điều tra xảy hai hỗn hợp ngưng tụ, tác giả cao cấp nghiên cứu Robert Thompson, nhà vật lý Viện Công nghệ California Pasadena, nói với Space.com Ngồi ra, nhà khoa học tìm cách sử dụng Phịng thí nghiệm ngun tử lạnh để tạo ngưng tụ Bose-Einstein hình cầu, tạo khơng gian, Thompson nói thêm "Trong q khứ, hiểu biết hoạt động bên tự nhiên đến từ máy gia tốc hạt đài quan sát thiên văn; tương lai, tin phép đo xác sử dụng nguyên tử lạnh đóng vai trị ngày quan trọng", ơng Thompson nói Các nhà khoa học trình bày chi tiết phát họ số ngày 11 tháng tạp chí Nature Các nhà vật lý vướng vào 15 nghìn tỷ ngun tử nóng Các nhà vật lý lập kỷ lục cách liên kết với súp nóng gồm 15 nghìn tỷ nguyên tử tượng kỳ quái gọi vướng víu lượng tử Phát bước đột phá lớn để tạo cảm biến xác để phát gợn sóng khơng gian gọi sóng hấp dẫn chí vật chất tối khó nắm bắt cho tràn ngập vũ trụ Sự vướng víu, tượng lượng tử Albert Einstein tiếng mô tả "hành động ma quái khoảng cách xa", q trình hai nhiều hạt trở nên liên kết với hành động thực ảnh hưởng đến hạt khác chúng cách bao xa Sự vướng víu nằm trung tâm nhiều cơng nghệ nổi, điện tốn lượng tử mật mã học Các quốc gia vướng mắc khét tiếng mong manh; liên kết lượng tử chúng dễ dàng bị phá vỡ rung động can thiệp nhỏ từ giới bên ngồi Vì lý này, nhà khoa học cố gắng đạt đến nhiệt độ lạnh thí nghiệm để làm vướng víu nguyên tử gây hốt hoảng; nhiệt độ thấp, nguyên tử có khả nảy vào phá vỡ kết hợp chúng Đối với nghiên cứu mới, nhà nghiên cứu Viện Khoa học Quang tử (ICFO) Barcelona, Tây Ban Nha, sử dụng phương pháp ngược lại, đốt nóng nguyên tử nóng hàng triệu lần so với thí nghiệm lượng tử điển hình để xem liệu vướng víu tồn mơi trường nóng hỗn loạn Liên quan: 18 lần hạt lượng tử thổi vào tâm trí "Sự vướng víu cơng nghệ lượng tử đáng ý nhất, dễ vỡ", Jia Kong, nhà khoa học đến thăm ICFO tác giả nghiên cứu cho biết "Hầu hết công nghệ lượng tử liên quan đến vướng víu phải áp dụng mơi trường nhiệt độ thấp, chẳng hạn hệ thống nguyên tử lạnh Điều hạn chế việc áp dụng trạng thái vướng víu [Có hay khơng] vướng víu tồn mơi trường nóng lộn xộn điều thú vị câu hỏi " Các nhà nghiên cứu làm nóng ống thủy tinh nhỏ chứa đầy rubidium bốc khí nitơ trơ đến 350 độ F (177 độ C), trùng hợp với nhiệt độ hoàn hảo để nướng bánh quy Ở nhiệt độ này, đám mây ngun tử rubidium nóng tình trạng hỗn loạn, với hàng ngàn vụ va chạm nguyên tử diễn giây Giống bóng bi-a, nguyên tử bật khỏi nhau, truyền lượng quay trịn Nhưng khơng giống bida cổ điển, spin không đại diện cho chuyển động vật lý nguyên tử Trong học lượng tử, spin tính chất hạt, giống khối lượng điện tích, tạo cho hạt động lượng góc nội Theo nhiều cách, spin hạt tương tự hành tinh quay, có động lượng góc tạo từ trường yếu , gọi mô men từ Nhưng giới lập dị học lượng tử, phép loại suy cổ điển sụp đổ Quan niệm cho hạt proton hay electron quay vật thể rắn có kích thước hình dạng khơng phù hợp với giới quan lượng tử Và nhà khoa học cố gắng đo độ xoáy hạt, họ nhận hai câu trả lời: lên xuống Khơng có xen kẽ học lượng tử May mắn thay, từ trường nhỏ tạo spin hạt cho phép nhà khoa học đo spin theo số cách độc đáo Một số liên quan đến ánh sáng phân cực, sóng điện từ dao động theo hướng Các nhà nghiên cứu bắn chùm ánh sáng phân cực vào ống nguyên tử rubidium Do spin nguyên tử hoạt động giống nam châm nhỏ, nên phân cực ánh sáng quay qua khí tương tác với từ trường Tương tác nguyên tử ánh sáng tạo vướng víu quy mơ lớn nguyên tử khí Khi nhà nghiên cứu đo quay sóng ánh sáng phía bên ống thủy tinh, họ xác định tổng số spin khí nguyên tử, từ chuyển vướng víu lên ngun tử khiến chúng trạng thái vướng víu Liên quan: 12 thí nghiệm lượng tử tuyệt vời quan trọng năm 2019 "Phép đo] sử dụng dựa tương tác nguyên tử ánh sáng", Kong nói "Với điều kiện thích hợp, tương tác tạo mối tương quan ánh sáng nguyên tử, sau phát xác, mối tương quan chuyển thành nguyên tử, tạo vướng víu ngun tử Điều đáng ngạc nhiên va chạm ngẫu nhiên khơng phá hủy vướng víu " Trên thực tế, mơi trường "nóng lộn xộn" bên ống thủy tinh chìa khóa thành cơng thí nghiệm Các nguyên tử nằm mà nhà vật lý gọi trạng thái spinlet vĩ mô, tập hợp cặp tổng số hạt vướng víu khơng Các ngun tử vướng víu ban đầu vượt qua vướng víu chúng với thơng qua va chạm trò chơi thẻ lượng tử, trao đổi vòng quay chúng giữ cho tổng số spin mức cho phép trạng thái vướng víu tập thể tồn phần nghìn giây Chẳng hạn, hạt A bị vướng vào hạt B, hạt B chạm hạt C, liên kết hai hạt với hạt C, v.v Điều "có nghĩa 1.000 lần giây, lơ 15 nghìn tỷ ngun tử bị vướng víu", Kong nói tuyên bố Một phần nghìn giây "là khoảng thời gian dài nguyên tử, đủ lâu để khoảng 50 vụ va chạm ngẫu nhiên xảy Điều cho thấy rõ ràng vướng víu khơng bị phá hủy kiện ngẫu nhiên Đây kết đáng ngạc nhiên cơng việc." Bởi nhà khoa học hiểu trạng thái tập thể nguyên tử vướng víu, nên việc áp dụng nghiên cứu họ bị giới hạn mục đích sử dụng đặc biệt Các cơng nghệ máy tính lượng tử nằm ngồi câu hỏi, trạng thái hạt vướng víu riêng lẻ cần biết để lưu trữ gửi thông tin Tuy nhiên, kết họ giúp phát triển máy dị từ trường siêu nhạy, có khả đo từ trường yếu 10 tỷ lần so với từ trường Trái đất Từ kế mạnh mẽ có ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học Ví dụ, nghiên cứu khoa học thần kinh, từ điện não đồ sử dụng để chụp ảnh não cách phát tín hiệu từ cực mờ hoạt động não phát "Chúng tơi hy vọng loại trạng thái vướng víu khổng lồ dẫn đến hiệu suất cảm biến tốt ứng dụng từ hình ảnh não bộ, đến xe tự lái, tìm kiếm vật chất tối", Morgan Mitchell, giáo sư vật lý trưởng nhóm phịng thí nghiệm, cho biết tuyên bố Các nhà khoa học phát trạng thái vật chất thứ 5, mở tiềm trí tuệ nhân tạo Dựa hành vi phức tạp dạng vật chất này, nhà khoa học phát triển vật liệu giúp khả xử lý tác vụ trí tuệ nhân tạo đưa lên mức độ Phần lớn người biết đến trạng thái tồn vật chất – dạng rắn, lỏng, khí plasma Nhưng nhà khoa học trường Đại học Radboud Uppsala xác định trạng thái vật chất có tên gọi "thủy tinh xoay tự cảm" Khơng tìm dạng vật chất mới, cịn có tiềm to lớn việc xây dựng nên tảng trí tuệ nhân tạo Thơng thường để tạo nên cực Bắc Nam từ trường nam châm thông thường, nam châm nguyên tử vật liệu xoay theo hướng Thế dạng thủy tinh xoay, nam châm nguyên tử vật liệu hợp kim lại xoay ngẫu nhiên theo hướng khác Cái tên "thủy tinh xoay" xuất phát từ cấu trúc tiến hóa vơ định hình nguyên tử miếng thủy tinh Điều xảy hợp kim, vốn kết hợp kim loại với hay nhiều yếu tố khác cấu trúc vô định hình, chưa xảy với nguyên tố tinh khiết bảng tuần hồn hóa học Tuy nhiên, thật đáng ngạc nhiên nhà nghiên cứu Radboud phát nguyên tử xoay nguyên tố đất Neodymium xếp theo trật tự hồn hảo xốy lại hình xoắn ốc, liên ục thay đổi mơ hình chuỗi xoắn Đó biểu dạng vật chất – gọi "thủy tinh xoay tự cảm" (self-induced spin glass) Phát mở khả hành vi từ tính phức tạp thủy tinh hóa quan sát vô số loại vật liệu khác, bao gồm nguyên tố bảng tuần hoàn ngun tố hóa học Ơng Alexander Khajetoorians, giáo sư quét kính hiển vi, tác giả nghiên cứu cho biết: "Phát tinh chỉnh lại kiến thức sách giáo khoa đặc tính vật chất Hơn nữa, mang lại tảng vững để phát triển học thuyết để kết nối vật lý với lĩnh vực khác, ví dụ, lý thuyết khoa học thần kinh." "Sự tiến hóa phức tạp Neodymium tảng cho việc giả lập hành vi sử dụng trí tuệ nhân tạo." Ơng Khajetoorians cho biết "Tất mơ hình phức tạp lưu trữ vật liệu liên kết với khả nhận diện hình ảnh." Với tiến AI mức tiêu hao lượng khổng lồ nó, nhu cầu ngày gia tăng việc tạo loại vật liệu thực tác vụ não phần cứng "Bạn không xây dựng máy tính mơ não với nam châm đơn giản, loại vật liệu với hành vi phức tạp ứng viên tiềm năng." Tham khảo ScienceDaily ... ngun tử lạnh , tạo ngưng tụ Bose- Einstein vi trọng lực tìm thấy quỹ đạo trạm vũ trụ Ra mắt vào năm 2018, Cold Atom Lab nhỏ cần lượng lượng tương đối nhỏ nên đáp ứng ràng buộc cụ thể tàu vũ trụ. .. nguyên tử" lớn Bose- Einstein ngưng tụ nằm ranh giới giới hàng ngày, chịu chi phối vật lý cổ điển giới vi mô, tuân theo quy tắc học lượng tử Trong giới học lượng tử, hạt hành xử thể quay theo hai... hướng ngược lúc, thể tồn hai nhiều vị trí lúc Vì chúng tn theo số hành vi lượng tử này, ngưng tụ Bose- Einstein cung cấp cho nhà khoa học manh mối quan trọng hoạt động học lượng tử, có khả giúp