NASA sử dụng tia laser và nam châm để tạo ra môi trường xấp xỉ độ không tuyệt đối, nhiệt độ thấp nhất trong vũ trụ

Mới đây, NASA đã đưa một bộ dụng cụ chuyên dụng có tên Cold Atom Laboratory lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) bằng tên lửa Cygnus của Orbital ATK. Dụng cụ này có thể tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn 10 tỉ lần so với nhiệt độ của vũ trụ và giúp họ quan sát kĩ hơn trạng thái lượng tử của các nguyên tử cực lạnh (ultra-cold atom).

Cụ thể, Cold Atom Laboratory sẽ kết hợp tia laser với nam châm để làm giảm nhiệt độ và tốc độ của một đám mây nguyên tử xuống đến mức thấp nhất, xấp xỉ độ không tuyệt đối (độ 0 Kevin, tương đương với -273.15 độ C). Đây là mức nhiệt độ lạnh nhất trong vũ trụ mà chúng ta sẽ không bao giờ có thể khám phá được vì mọi nguyên tử tại đó đều ngừng chuyển động.

Cold Atom Laboratory sẽ sử dụng tia laser và nam châm để hạ nhiệt độ của nguyên tử xuống mức xấp xỉ độ không tuyệt đối.

Tuy nhiên, với bộ dụng cụ mới này, các nhà khoa học có thể dễ dàng hạ nhiệt độ của đám mây nguyên tử xuống mức tương đương với 1/10 tỉ độ, nghĩa là đã rất tiệm cận với độ không tuyệt đối. Điều này sẽ khiến cho nguyên tử di chuyển cực chậm và giúp họ quan sát những hiện tượng lượng tử vi mô một cách dễ dàng hơn.

Trong thực tế, các đám mây nguyên tử này được gọi là ngưng tụ Bose-Einstein, một trạng thái vật chất của khí boson loãng ở mức nhiệt độ xấp xỉ độ 0 Kevin. Các nhà khoa học hoàn toàn có thể tạo ra chúng ngay trong môi trường phòng thí nghiệm của Trái Đất, nhưng vì lực hấp dẫn quá lớn nên hiện tượng này chỉ có thể xảy ra trong một vài tíc tắc.

Công nghệ mới của NASA có thể giúp tạo ra nguyên tử ngưng tụ Bose-Einstein trên ISS.

Vì thế, môi trường không trọng lực trên ISS có thể giải quyết triệu để vấn đề này và trở thành giải pháp khả thi nhất ở thời điểm hiện tại. Sau khi đưa Cold Atom Laboratory lên ISS, các nhà khoa học tại NASA có thể tiến hành điều khiển từ xa và quan sát những đám mây nguyên tử trong 10 giây - khoảng thời gian kỷ lục đối với các dự án ngưng tụ Bose-Einstein.

Và điều này sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho giới khoa học trong việc hiểu rõ hơn về ngưng tụ Bose-Einstein, một loại vật chất siêu lỏng với độ nhớt bằng 0. Anita Sengupta, Trưởng dự án Cold Atom Laboratory cho biết: “Nếu bạn tưới chất siêu lỏng lên cỏ, chất lỏng này sẽ không bao giờ biết mất vì không có độ nhớt giúp nó giảm tốc độ và triệt tiêu động năng. Nếu chúng ta hiểu rõ hơn nguyên lý của các chất siêu lỏng, chúng ta hoàn toàn có thể tìm ra cách áp dụng chúng để tiến hành những quá trình chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả hơn”.

Cụ thể, chúng có thể giúp nâng cao tính siêu dẫn và một số thiết bị như máy tính lượng tử, đồng hồ nguyên tử laser lạnh và thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn. Mặt khác, điều này còn giúp giới khoa học quan sát được những hiện tượng lượng tử chưa từng có hoặc chưa từng được phát hiện trước đây và thậm chí còn giải mã được những bí ẩn liên quan đến vật chất tối - loại vật chất ẩn giúp mở rộng vũ trụ của chúng ta.

Cold Atom Laboratory sẽ giúp giải mã được ngưng tụ Bose-Einstein và các chất siêu lỏng khác, mở ra một kỷ nguyên mới cho giới khoa học.

Robert Thompson, một trong những thành viên của dự án Cold Atom Laboratory cho biết: “Bằng cách nghiên cứu những nguyên tử cực lạnh này, chúng tôi có thể hệ thống lại toàn bộ kiến thức về vật chất cũng như bản chất tự nhiên cơ bản của trọng lực. Những thí nghiệm mà chúng tôi tiến hành với Cold Atom Laboratory sẽ giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về lực hấp dẫn và vật chất tối, hai trong số vật chất phổ biến nhất trong vũ trụ”.

Bên cạnh Cold Atom Laboratory, tàu Cygnus còn mang theo một bộ kính lục phân chuyên dụng để phục vụ cho quá trình khám phá vũ trụ, và công nghệ phân tích phân tử sinh học để nghiên cứu những vi trùng tìm thấy trên ISS.

Theo ScienceAlert