Kvanteeksperiment i rummet er en »teknologisk landvinding«

Forskere har skabt en ultrakold sky af atomer - et Bose-Einstein-kondensat - i rummet. Eksperimentet er et teknologisk fremskridt, påpeger forskere.

Artiklens øverste billede
Resultater fra eksperimenter med 'Cold Atom Lab' (CAL) ombord på Den Internationale Rumstation er netop blevet afsløret. Her er astronaut Christina Koch i færd med en hardware-opgradering af CAL-laboratoriet i januar 2020. Foto: NASA/ISS

For snart 100 år siden sendte en dengang ukendt indisk fysiker ved navn Santyendra Bose et brev til Albert Einstein.

I brevet til den berømte, tyske fysiker beskrev Bose sine tanker om lys og fotoner. Det var vilde, nye tanker, som Bose havde fået afvist i et videnskabeligt tidsskrift. Men Einstein kunne se, at den indiske fysiker havde fat i noget. Det skriver Videnskab.dk.

Einstein bryggede videre på Boses ideer, og sammen endte de to fysikere med at udvikle teorien om et fænomen, som i dag er kendt som Bose-Einstein-kondensatet: En isnende kold sky af atomer, som ‘klumper sig sammen’ -  og som rent ud sagt opfører sig mærkeligt.

»I mange årtier var Bose-Einstein-kondensatet kun noget, man kunne tænke sig til teoretisk. Einstein syntes selv, at teorien var mærkelig, og han var ikke sikker på, at Bose-Einstein-kondensater kunne eksistere i virkeligheden, eller om der kun var tale om et teoretisk fænomen,« fortæller Jan Arlt, som er fysik-lektor på Aarhus Universitet og forsker i Bose-Einstein-kondensater.

I dag bliver endnu et kapitel skrevet i historien om de iskolde atomskyer. I det videnskabelige tidsskrift Nature kan en amerikansk forskergruppe afsløre, at de er lykkedes med at skabe et Bose-Einstein-kondensat ombord på Den Internationale Rumstation, ISS.

Læs også: Ugens podcast: Kan du forstå kvantefysik?

»Det er ikke bare en teknologisk landvinding, men det kan også føre til en forbedring af vores forståelse for grundlæggende fysik,« skriver de tyske kvantefysikere Maike D. Lachmann og Ernst M. Rasel i en kommentar til studiet, som også er publiceret i Nature.

Bose-hvad-for-noget?

Måske har du lært i fysik, at temperatur også kan beskrives som bevægelse; jo koldere luften i rummet omkring dig er, des langsommere bevæger luftens molekyler sig. 

»Nogle atomer vil bevæge sig hurtigt - andre vil bevæge sig langsomt. Deres gennemsnitlige hastighed kalder vi for temperaturen,« forklarer Jan Arlt.

Med andre ord fiser atomerne i en gas normalt rundt med vidt forskellige hastigheder. Men i et Bose-Einstein-kondensat har forskerne fået ro på tropperne. Skyen af atomer forholder sig alle sammen ens, pænt og roligt.

»Alle atomerne befinder sig i den samme kvantetilstand. Det vil sige, at de klumper sig sammen og opfører sig som en enkelt enhed. Det gør dem til et rigtig godt vindue til at studere fænomener fra kvantefysikken,« fortæller Jan Arlt.

Kvantefysikken er en vigtig gren af fysikken, som opstår, når du zoomer ind på jordens mindste bestanddele - atomer, molekyler, lyspartikler (fotoner) og lignende. I kvantefysikkens mikro-verden gælder der helt andre spilleregler end i den ‘klassiske’ fysik, som vi kender fra hverdagen.

Et iskoldt forstørrelsesglas

Frem for at studere et enkelt atoms opførsel kan forskerne altså studere en hel sky, som består af op mod en million atomer.

Læs også: Igen har Einstein ret: Hvid dværg rykker rumtiden rundt

Bose-Einstein-kondensatet fungerer altså som en slags ‘forstørrelsesglas’, der gør det muligt for forskerne at kigge på kvantefysikkens mystiske fænomener i større skala.

Og det er blandt andet derfor, at forskerne mener, at Bose-Einstein-kondensater kan være med til at øge vores forståelse for fundamental fysik.

Det nye resultat er grundforskning, som skal gøre os klogere på verden omkring os. Men ifølge Jan Arlt er der også mere specifikke mål med Bose-Einstein-kondensat-forskningen.

Den ene gren af forskningen sigter mod at gøre os i stand til at lave mere nøjagtige målinger. For eksempel har vi brug for ekstremt nøjagtige målinger af tiden - målt med såkaldte atomure - for at få præcise positioner på vores GPS på mobiltelefonen.

»I Danmark er det den anden gren af forskningen, som er vigtigere. I Danmark bruger vi Bose-Einstein-kondensater til at lave kvantesimuleringer. Det vil sige, at vi bruger atomskyen til at simulere vigtige kvantefænomener, som man endnu ikke forstår,« fortæller Jan Arlt.

Et nyt grundforskningscenter, som snart åbner på Aarhus Universitet, kaldet Center for Komplekse Kvantesystemer, skal netop udnytte Bose-Einstein-kondensater til at blive klogere på kvantefysikkens mange mystiske fænomener.

Artiklen er publiceret i samarbejde med videnskab.dk

Mere som dette

Andre læser

Mest læste

Mest læste Finans

Giv adgang til en ven

Hver måned kan du give adgang til 5 låste artikler.
Du har givet 0 ud af 0 låste artikler.

Giv artiklen via:

Modtageren kan frit læse artiklen uden at logge ind.

Du kan ikke give flere artikler

Næste kalendermåned kan du give adgang til 5 nye artikler.

Teknisk fejl

Artiklen kunne ikke gives videre grundet en teknisk fejl.

Ingen internetforbindelse

Artiklen kunne ikke gives videre grundet manglende internetforbindelse.

Denne funktion kræver Digital+

Med et Digital+ abonnement kan du give adgang til 5 låste artikler om måneden.

ALLEREDE ABONNENT?  LOG IND

Denne funktion kræver Digital+

Med et abonnement kan du lave din egen læseliste og læse artiklerne, når det passer dig.

Teknisk fejl

Artiklen kunne ikke tilføjes til læselisten, grundet en teknisk fejl.

Forsøg igen senere.

Del artiklen
Relevant for andre?
Del artiklen på sociale medier.

Du kan ikke logge ind

Vi har i øjeblikket problemer med vores loginsystem, men vi har sørget for, at du har adgang til alt vores indhold, imens vi arbejder på sagen. Forsøg at logge ind igen senere. Vi beklager ulejligheden.

Du kan ikke logge ud

Vi har i øjeblikket problemer med vores loginsystem, og derfor kan vi ikke logge dig ud. Forsøg igen senere. Vi beklager ulejligheden.