अल्ट्रास्कॉल्ड पदार्थ ने आईएसएस पर जहाज बनाया

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जानिए: ISS पर शुरू हुआ अंतरिक्ष प्रयोग का सबसे अद्भुत


नासा कोल्ड एटम लेबोरेटरी (सीएएल), जो मई में स्टेशन पर वापस स्थापित की गई थी, ने अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं के निलंबन का उत्पादन किया, जिसे बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट्स (बीईसी) के रूप में भी जाना जाता है। वजन पूर्ण शून्य से ऊपर एक डिग्री के एक अंश पर होता है, वह बिंदु, जिस पर, सैद्धांतिक रूप से, कणों का थर्मल आंदोलन किसी भी पदार्थ में रुक जाता है। पहले, ऐसे प्रयोग केवल पृथ्वी पर किए गए थे।


आईएसएस पर, नासा कोल्ड एटम प्लांट माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत क्वांटम भौतिकी के क्षेत्र में प्रयोग करने के लिए अल्ट्रैकोल्ड परमाणु उत्पन्न करेगा। परमाणुओं को पूर्ण शून्य से ऊपर एक डिग्री के दस बिलियन तक ठंडा किया जाता है (औसतन, यह गहरे अंतरिक्ष की तुलना में दस बिलियन गुना अधिक ठंडा है)। भौतिकविदों का मानना ​​है कि इतने कम तापमान पर कणों के असामान्य व्यवहार को देखने से पदार्थ की मूल संरचना के बारे में सवालों के जवाब मिल जाएंगे।

CAL एक बहु-उपयोगकर्ता स्थापना है जिसे माइक्रोग्रैविटी में अल्ट्रकॉल्ड परमाणुओं का उपयोग करके दुनिया की मूल नींव का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। "कोल्ड" परमाणु लंबे समय तक जीवित रहते हैं (क्वांटम मानकों द्वारा) कण जिन्हें उच्च सटीकता के साथ नियंत्रित किया जा सकता है; इस प्रकार, वे क्वांटम घटना और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के संभावित अनुप्रयोग पर विचार करने के लिए आदर्श हैं।

इस तरह के एक उपकरण को पहली बार कक्षा में रखा गया है; यह उम्मीद की जाती है कि यह गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के अल्ट्रा-सटीक माप के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन जाएगा, क्वांटम भौतिकी की लंबे समय से चली आ रही समस्याओं का अध्ययन और मामले की लहर प्रकृति की समझ।


रेखांकन की एक श्रृंखला निरपेक्ष शून्य तक पहुंचने के लिए घटते तापमान (बाएं से दाएं) के साथ परमाणु निलंबन के घनत्व में परिवर्तन को दिखाती है। अंतिम चरणों में एक तेज चोटी की उपस्थिति बोस-आइंस्टीन घनीभूत के गठन का प्रमाण है - पदार्थ की पांचवीं अवस्था - जो 130 नैनोकोल्विन के आसपास के तापमान पर दिखाई देती है। स्रोत: NASA / JPL-Caltech

"ISS में BEC के साथ एक प्रयोग करने का अवसर एक सपना है जो आखिरकार सच हो गया है," कैलिफ़ोर्निया के पासडेना में NASA जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (JPL) में सीएएल परियोजना के मुख्य विशेषज्ञ और भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट थॉम्पसन कहते हैं। एक लंबी और कठिन यात्रा, लेकिन इसमें लगाए गए सभी प्रयास सौ गुना भुगतान करेंगे, क्योंकि यह स्थापना हमें अनुभव करने के लिए सबसे व्यापक क्षेत्र को खोलती है। ”

पिछले हफ्ते, सीएएल के साथ काम करने वाले वैज्ञानिकों ने रूबिडियम परमाणुओं से कंडेनसेट के उत्पादन की पुष्टि की, लगभग 100 नैनोकेल्विन का तापमान; यह अंतरिक्ष में औसत तापमान (लगभग तीन केल्विन या -270 डिग्री सेल्सियस) से ठंडा है। हालांकि, यह सीमा नहीं है - आगे यह भी कम तापमान प्राप्त करने की उम्मीद है, यहां तक ​​कि उन लोगों की तुलना में जो पृथ्वी प्रयोगशालाओं में हासिल किए गए थे।

इन तापमानों पर, परमाणु हमारे द्वारा ज्ञात और देखे गए किसी भी अन्य मामले की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करना शुरू करते हैं। बीईसी को "पदार्थ की पांचवीं अवस्था" कहा जाता है, जिससे इसे ठोस, तरल, गैसीय और प्लाज्मा से अलग किया जाता है; क्योंकि घनीभूत परमाणु कणों की तुलना में तरंगों की तरह अधिक व्यवहार करते हैं। पदार्थ की तरंग प्रकृति केवल एक अत्यंत छोटे पैमाने की घटनाओं में देखी जा सकती है, हालांकि, बीईसी उन्हें अधिक ध्यान देने योग्य बनाता है - और इसलिए विश्लेषण करना आसान है। अल्ट्राकोल्ड परमाणु न्यूनतम ऊर्जा वाले राज्य में हैं और एक ही लहर राज्य लेते हैं, एक दूसरे से अप्रभेद्य बन जाते हैं; परमाणु बादल पूरी तरह से एकल एकल "सुपरैट" के रूप में व्यवहार करना शुरू कर देता है।

कठिन वशीकरण

CAL में दो मानकीकृत इकाइयाँ होती हैं जिन्हें ISS पर लगाया जाएगा। बड़े ब्लॉक को मजाक में "चार-कक्षीय रेफ्रिजरेटर" कहा जाता है, और छोटे को "एकल-कक्ष" कहा जाता है; बड़ा और इसमें सभी भरने होते हैं जो अल्ट्रैकोल्ड परमाणुओं का उत्पादन करते हैं। स्रोत: NASA / JPL-Caltech / टायलर विन्न

"यह एक बहुत जटिल उपकरण है," जेपीएल में भौतिकी और खगोल विज्ञान विभाग के मुख्य अभियंता रॉबर्ट शॉटवेल बताते हैं, जो फरवरी 2017 से सभी स्थापना कार्यों की देखरेख करते हैं। "आमतौर पर, इस तरह के ट्रिक में एक कमरे के आकार के उपकरण के ढेर की आवश्यकता होती है, और आपको लगातार प्रत्यक्ष पर्यवेक्षण की आवश्यकता होती है, और हमने एक ऐसा उपकरण बनाया है जो पोर्टेबल रेफ्रिजरेटर से बड़ा नहीं है और इसे पृथ्वी से नियंत्रित कर सकते हैं। "हमें बहुत सारे अवरोधों को तोड़ना था और इस पहेली को आज अंतरिक्ष स्टेशन पर समाप्त करने में बहुत प्रयास करना था।"

पहला बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट 1995 में वापस प्राप्त किया गया था, हालांकि इस घटना की भविष्यवाणी 71 साल पहले भौतिक विज्ञानी चतुर्यतनत बोस और अल्बर्ट आइंस्टीन ने की थी। 2001 में, एरिक कॉर्नेल, कार्ल विमन, और वोल्फगैंक केटरल ने प्रयोगशाला में बीईसी की विशेषताओं को बनाने और अध्ययन के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार साझा किया; अगले वर्ष में, कॉर्नेल और केटरल के नेतृत्व वाले पांच वैज्ञानिक समूह, ठंडे परमाणुओं के साथ प्रयोग करेंगे। नब्बे के दशक के मध्य से, दुनिया भर के वैज्ञानिकों ने ऐसे सैकड़ों प्रयोग किए हैं; उनमें से ज्यादातर पृथ्वी पर हैं, लेकिन कई छोटी उड़ानों में - बोर्ड भूभौतिकीय रॉकेटों पर। और अंत में, विज्ञान को आईएसएस में लंबे समय तक दैनिक आधार पर घनीभूत प्रयोग करने का एक तरीका मिला।

बीईसी का उत्पादन चुंबकीय क्षेत्रों या लेजर द्वारा निर्मित अमूर्त "परमाणु जाल" में होता है। जब पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में जाल को बंद कर दिया जाता है, तो आकर्षण के साथ लगभग तुरंत बिखरे हुए परमाणुओं को अल्ट्राहेल्ड परमाणुओं में विभाजित किया जाता है, इसलिए केवल एक विभाजित सेकंड के लिए उनका निरीक्षण करना संभव है। हालांकि, माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत, एक निलंबन पांच से दस सेकंड तक मौजूद है; कुल मिलाकर, वैज्ञानिक प्रति दिन छह घंटे तक अवलोकन करते हैं।

जैसे ही दबाव जाल के अंदर गिरता है, तापमान स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है; परमाणु का बादल जितनी देर तक जाल में रहता है, उतना ही ठंडा होता जाता है। जिन लोगों ने पेंट के स्प्रे के साथ काम किया है, वे इस घटना से परिचित हैं - स्प्रे सिर्फ दबाव में गिरावट के कारण ठंडा हो सकता है। माइक्रोग्रैविटी में, घनीभूत दबाव अत्यंत छोटे मूल्यों तक गिरता है, जो बदले में सांसारिक उपकरणों द्वारा अप्राप्य मूल्यों के तापमान को कम करता है। दिन के बाद, स्थापना स्टेशन के चालक दल के किसी भी हस्तक्षेप के बिना काम करती है।


यह वह जगह है जहाँ बोस-आइंस्टीन संघनन CAL के अंदर उत्पन्न होता है। स्रोत: NASA / JPL-Caltech / टायलर विन्न

रुबिडियम से बीईसी प्राप्त करने के बाद, अनुसंधान टीम दो अलग-अलग पोटेशियम आइसोटोप के परमाणुओं का उपयोग करने जा रही है। तथ्य की बात के रूप में, अभी CAL में कमीशनिंग चल रही है, इसलिए परीक्षणों की एक लंबी श्रृंखला यह पता लगाने के लिए है कि सूक्ष्मजीवविज्ञानी परिस्थितियों में उपकरण कितनी अच्छी तरह काम करता है।

"दुनिया भर के वैज्ञानिक हमारी स्थापना पर काम करने की अनुमति का इंतजार नहीं करेंगे," जेपीएल में सीएएल मिशन के प्रमुख कमल ओड़िहिरी कहते हैं, "और जब से कई तरह के प्रयोगों की एक बड़ी मात्रा की योजना बनाई गई है, तो हमें परमाणुओं को ठंडा करने और उन्हें माइक्रोग्रैविटी में हेरफेर करने के तरीकों का एक गुच्छा अनुकूलित करना होगा। हम इस उपकरण को गंभीर काम के लिए संकीर्ण विशेषज्ञों के हाथों में दे देंगे। ” अनुसूची का अनुसंधान चरण इस वर्ष के सितंबर की शुरुआत में शुरू होगा और कम से कम तीन साल तक चलेगा।


सीएएल परमाणु भौतिकी टीम और जेपीएल वैज्ञानिक डेविड एवलिन, एथन एलियट और जेसन विलियम्स (बाएं से दाएं); यह फोटो JPL के अर्थ ऑर्बिटिंग मिशन ऑपरेशन सेंटर में लिया गया था, जहाँ से CAL को दूरस्थ रूप से नियंत्रित और कॉन्फ़िगर किया जाएगा। पृष्ठभूमि में स्क्रीन की छवि आईएसएस पर सीधे इंस्टॉलेशन दिखाती है। एवलिन, एलियट और विलियम्स के काम ने कक्षा में दुनिया के पहले बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट को प्राप्त करने में एक निर्णायक भूमिका निभाई। स्रोत: NASA / JPL-Caltech

21 मई, 2018 को वर्जीनिया के वॉलॉप्स कॉस्मोड्रोम से सिग्नस ऑर्बिटल शिप पर ठंडे परमाणुओं की स्थापना हुई। CAL को जेपीएल में विकसित और निर्मित किया गया था, और प्रोजेक्ट फंडिंग अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन कार्यक्रम के बीच लिंडन जॉनसन स्पेस सेंटर, ह्यूस्टन और स्पेस लाइफ एंड फिजिकल साइंसेज रिसर्च एंड एप्लीकेशन (SLPSRA) निदेशालय के बीच अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए विभाजित है। और नासा मुख्यालय, वाशिंगटन में नासा मिशन संचालन प्रबंधन।

अधिक जानकारी के लिए, आप परियोजना की वेबसाइट पर जा सकते हैं।