Επιστήμονες δημιούργησαν με συμπύκνωμα Bose-Einstein ένα διαστελλόμενο σύμπαν στο εργαστήριό τους

Ψυχρά άτομα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εξομοιώσουν φυσικά συστήματα που είναι δύσκολο να μελετηθούν πειραματικά, όπως τα υπερστερεά, οι υπεραγωγοί ή οι μαύρες τρύπες. Πρόσφατα, η Gretchen Campbell στο Πανεπιστήμιο του Maryland και οι συνεργάτες της έδειξαν ότι μια ταχύτατη διόγκωση του συμπυκνώματος Bose-Einstein (Bose-Einstein condensate στο εξής BEC) παρουσιάζει χαρακτηριστικά που θυμίζουν αυτά που χαρακτηρίζουν ένα διαστελλόμενο σύμπαν. Υποστηρίζουν ότι το BEC σύστημά τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως βάση εργαστηριακού ελέγχου για κοσμολογικές θεωρίες.

Η Campbell και οι συνεργάτες της έψυξαν εκατοντάδες χιλιάδων άτομα νατρίου-23 σε θερμοκρασίες στις οποίες σχηματίζεται ένα BEC και χρησιμοποίησαν λέιζερ για να παγιδεύσουν το συμπύκνωμα σε ένα δυναμικό μορφής δακτυλίου. Μετά, αύξησαν την ακτίνα του δακτυλίου κατά ένα παράγοντα πάνω από 4 κατά μια χρονική περίοδο ορισμένων δεκάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου, οδηγώντας το BEC να διασταλεί με υπερηχητικές ταχύτητες. Από εικόνες του BEC που πάρθηκαν κατά τη διάρκεια και μετά την διαστολή, η ομάδα προσδιόρισε τη χρονική εξέλιξη παραμέτρων όπως η πυκνότητα του BEC, καθώς και το πλάτος και η συχνότητα των διαδιδόμενων φωνονίων στο BEC.

Οι μετρήσεις αποκάλυψαν τρία χαρακτηριστικά ανάλογα με αυτά που αναμένονταν από ένα διαστελλόμενο σύμπαν. Πρώτον, τα μήκη κύματος των φωνονίων του BEC αυξάνονταν κατά τη διάρκεια της διαστολής, όπως στο πολύ γνωστό αστρονομικό φαινόμενο της μετατόπισης στο ερυθρό. Δεύτερον, η δυναμική του BEC θα μπορούσε να μοντελοποιηθεί με ακρίβεια μόνο περιλαμβάνοντας ένα φαινόμενο απόσβεσης όμοιο με την «Τριβή Hubble»* – μια μορφή τριβής χωρίς διασκορπισμό που χρησιμοποιείται συχνά σε μοντέλα διαστελλόμενου σύμπαντος. Τέλος, μια διαδικασία μετασχηματισμού ενέργειας που συμβαίνει, η οποία μετατρέπει την ενέργεια από ομοιογενείς καταστάσεις ακτινικής διέγερσης σε εντοπισμένες δίνες και φωνόνια που θερμαίνουν το BEC. Οι συγγραφείς εικάζουν ότι αυτή η μετατροπή ενέργειας ίσως αναλογεί με το στάδιο «προθέρμανσης» του πρώιμου σύμπαντος, όταν ομογενή πεδία που ωθούν τον πληθωρισμό διασπάστηκαν σε μια πληθώρα διεγέρσεων που στη συνέχεα θέρμαναν το σύμπαν.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: A Rapidly Expanding Bose-Einstein Condensate: An Expanding Universe in the Lab. Physical Review X.

*egno: Η «Τριβή Hubble» είναι όρος που εμφανίζεται στην επίλυση εξίσωσης και φυσικά δεν είναι μια πραγματική τριβή: όπως η αδιαβατική απόσβεση των βαρυτικών κυμάτων, θα μπορούσε να αντιστραφεί σε ένα συστελλόμενο σύμπαν.