أجرى علماء الفيزياء تجربة فريدة على متن محطة الفضاء الصينية «تيانغونغ» ، تمكنوا خلالها من تبريد الذرات إلى درجات حرارة قياسية غير مسبوقة. وقد ساعدتهم ظروف انعدام الوزن على تجنب التشوهات الناتجة عن الجاذبية، والحفاظ على المادة فائقة البرودة في حالة مستقرة مدة أطول من أي تجربة مماثلة أجريت على الأرض.

‏وعلى متن محطة «تيانغونغ» الصينية، التي تدور على ارتفاع مئات الكيلومترات فوق سطح الأرض، تمكن الباحثون من جعل نحو 20 ألف ذرة من الروبيديوم تتمدد بطاقة ضئيلة للغاية، عند درجة حرارة تعادل 9.7 تريليون جزء من الدرجة فوق الصفر المطلق.

‏وتراوحت القيمة الدقيقة لدرجة الحرارة بين 7 و12.9 بيكوكلفن، أي إنها أقل بنحو أربعة أضعاف من الرقم القياسي الذي تحقق على الأرض عام 2021.

‏ونشرت الدراسة التي عرضت نتائج التجربة في مجلة «ساينس» (Science). وتوا                                                                                                        صل محاولات الوصول إلى أدنى درجات الحرارة الممكنة إحداث تحولات كبيرة في الفيزياء الحديثة منذ عقود.

‏ماذا يحدث للذرات عند درجات الحرارة فائقة الانخفاض؟

‏عندما تصل الذرات إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض، تنتقل إلى حالة كمية فريدة، إذ تتصرف كما لو أنها موجة مادية واحدة، وهي الحالة المعروفة تاريخيا باسم «تكاثف بوز آينشتاين».

‏ويعد هذا التكاثف من الحالات المميزة للمادة، إذ تتداخل الخصائص الكمية للذرات لتتصرف المجموعة بأكملها بطريقة مترابطة، بدلا من تصرف كل ذرة بصورة مستقلة.

‏لماذا يعد انعدام الوزن ميزة في التجارب الفضائية؟

‏استخدم علماء الفيزياء لفترة طويلة مصائد مغناطيسية تقليدية لإبقاء الذرات محصورة في مكانها أثناء إجراء التجارب على الأرض، لكن هذه المصائد كانت تؤثر سلبا في الخصائص الأصلية للجسيمات.

‏ولاحقا، بدأ الباحثون استخدام أبراج ضخمة للسقوط الحر من أجل تبريد الذرات، إلا أن مدة التجارب كانت محدودة بشدة، ولم تتجاوز أجزاء من الثانية بسبب تأثير الجاذبية الأرضية.

‏أما في المدار الفضائي، فقد حصل العلماء على ظروف مثالية للسقوط الحر لفترات أطول، مع تأثير محدود للغاية للجاذبية.

‏وباستخدام حزم ليزر متقاطعة، تمكن الفريق من إنشاء مصيدة ضوئية خاصة لا تشوه الخصائص المغناطيسية للجسيمات، وتسمح للسحابة الذرية بالتمدد بسلاسة.

‏أتاحت ظروف الجاذبية الصغرى الفريدة في المدار للفيزيائيين مراقبة سلوك تكاثف بوز آينشتاين بصورة متواصلة لمدة 7 ثوان كاملة.

‏ويمثل الأسلوب الذي طوره الباحثون خطوة مهمة تفتح أمام العلماء إمكانات جديدة لاختبار نظرية النسبية العامة بدقة، ومحاكاة الحالات الكمية غير المألوفة بكفاءة أكبر.

‏ومن شأن هذه التقنية أن تساعد في إجراء تجارب أكثر دقة على سلوك المادة في الظروف القصوى، مستفيدة من البيئة الفضائية التي توفرها المحطات المدارية.