Tim Proyek MAIUS/J. MatiasSelain wujud materi klasik: padat, cair, dan gas, materi juga dapat memiliki wujud lain. Misalnya, gas terionisasi pada suhu tinggi dan terbentuk plasma. Pada tahun 1995, para peneliti untuk pertama kalinya mampu membuktikan bahwa wujud materi kelima dapat tercipta pada suhu yang sangat rendah – kita berbicara tentang apa yang disebut kondensat Bose-Einstein.
Dalam mekanika kuantum, kondensat Bose-Einstein digunakan untuk melakukan eksperimen teknologi kuantum. Misalnya, dapat digunakan untuk mempelajari gelombang gravitasi atau medan gravitasi bumi.
Namun, hingga saat ini, keadaan materi khusus ini hanya dapat tercipta dalam peralatan vakum tinggi di Bumi dan berumur sangat pendek karena gravitasi. Kini, untuk pertama kalinya, tim peneliti Jerman berhasil menghasilkan dan mempelajari kondensat Bose-Einstein dengan menggunakan roket tak berawak di luar angkasa. Hasil Anda adalah diterbitkan di jurnal Amerika “Nature”.
Durasi percobaan dibatasi oleh gravitasi
Pembentukan kondensat pada suhu yang sangat rendah pertama kali ditemukan oleh kedua fisikawan tersebut Satyendranath Bose dan Albert Einstein meramalkan. Pada tahun 1995, peneliti Amerika berhasil mendeteksi kondensat Bose-Einstein untuk pertama kalinya. Hal ini terjadi ketika atom didinginkan hingga suhu hanya sepersejuta derajat di atas nol mutlak (0 Kelvin). Proses atom berikut ada di baliknya:
Pergerakan atom berkurang seiring dengan bertambahnya suhu. Pada saat yang sama, panjang gelombang partikel meningkat. Mendekati nol mutlak, keadaan terhenti hampir sempurna tercapai dan fungsi gelombang (setiap partikel dijelaskan dengan fungsi gelombangnya sendiri dalam mekanika kuantum) dari masing-masing partikel saling tumpang tindih. Dalam keadaan ini, semua atom dalam sistem pada akhirnya mempunyai sifat fisik yang sama Properti — yaitu, mereka berperilaku seperti atom tunggal, yang disebut superatom.
Meskipun percobaan dengan kondensat Bose-Einstein sangat berguna, namun sulit dilakukan. Karena gaya gravitasi yang bekerja pada atom-atom di awan kondensat, atom-atom tersebut jatuh ke bawah dalam waktu yang sangat singkat dan percobaan dihentikan. Untuk dapat mempelajari awan kondensat dingin lebih lama, peneliti menggunakan menara drop yang sangat tinggi. Dengan cara ini, durasi percobaan dapat diperpanjang.
Namun “bahkan di menara jatuh seperti menara setinggi 122 meter di Bremen, Anda hanya bisa jatuh bebas dalam keadaan tanpa bobot – atau seperti yang kita katakan: gayaberat mikro – selama beberapa detik,” jelas Maike Lachmann dari Universitas Hanover “dunia fisika”. Namun, di luar angkasa, para peneliti bisa “melakukan pengukuran yang lebih lama dan lebih tepat”.
Peneliti mengembangkan chip yang terbuat dari atom rubidium
Untuk melakukan eksperimen dengan kondensat boron-Einstein di luar angkasa, para ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu dan lembaga penelitian mengembangkan chip atom rubidium dan meluncurkannya ke luar angkasa dengan roket – MAIUS-1 – dari Esrange Space Center. pada bulan Januari 2017. Suhu atom diturunkan dengan laser dan pendinginan evaporatif hingga terbentuk kondensat. Para peneliti kemudian dapat menyelidiki bagaimana gas atom berperilaku ketika dimanipulasi dengan cara yang berbeda. “Dalam enam menit terjun bebas, kami mampu melakukan total 81 eksperimen berbeda,” kata Lachmann.
Baca juga: Peneliti Bisa Memotret Tepi Spiral Kematian Lubang Hitam untuk Pertama Kalinya
Eksperimen lebih lanjut, termasuk dengan atom kalium, akan dilakukan pada tahun 2020 dan 2021. Para peneliti dari Pusat Dirgantara Jerman dan NASA di masa depan akan menggunakan temuan para peneliti Jerman untuk penelitian mereka sendiri mengenai gas kuantum dingin di ISS.