【物理学】宇宙空間でのボース・アインシュタイン凝縮体の生成
Nature
宇宙空間で初めて生成されたボース・アインシュタイン凝縮体について報告する論文が、今週掲載される。この凝縮体を用いた実験によって得られた知見は、宇宙空間に配置される重力波検出器の開発を下支えできるかもしれない。
ボース・アインシュタイン凝縮体は、希薄な原子気体が絶対零度に近い温度まで冷却されて、全ての原子が高密度の量子状態に凝縮することによって生じる物質状態である。その特性ゆえに、非常に小さな慣性力の検出に適しており、重力からの加速を測定するために利用できる。原子の自由落下時間が長くなると、こうした測定の感度は上昇する。ボース・アインシュタイン凝縮体のような量子系の研究は、重力波、一般相対性理論、量子力学の理解を深める上で役に立つ。
今回、Maike Lachmann、Ernst Raselたちの研究グループは、観測ロケットミッションMAIUS-1（微小重力状態での物質波干渉測定）のロケット飛行中に、自由落下状態のボース・アインシュタイン凝縮体を宇宙空間で初めて生成した。この凝縮体の能力は、地上で生成されたものに十分匹敵し、1.6秒で約10万個の原子を生成できる。著者たちは、6分間の宇宙飛行の間に100以上の実験を実施した。これらの実験によって得られた知見は、宇宙空間での冷却原子実験に関する理解を深める上で役立ち、量子気体実験にとって新時代の幕開けとなる可能性もある。
The first creation of a Bose-Einstein condensate in space is reported this week in Nature. Insights gained from the experiments performed with the condensate could support the development of space-based gravitational-wave detectors.
A Bose-Einstein condensate is a state of matter that forms when a low-density gas of atoms is cooled to temperatures close to absolute zero and collapses into a very dense, quantum state. The properties of such states make them ideal for sensing very small inertial forces, and they can be used to measure accelerations from gravity - and keeping the atoms in free-fall increases the sensitivity of these measurements. Studies of quantum systems such as Bose-Einstein condensates can help to increase our understanding of gravitational waves, general relativity and quantum mechanics.
Maike Lachmann, Ernst Rasel, and colleagues have created the first space-based Bose-Einstein condensate, in free-fall, on board the sounding rocket mission MAIUS-1 (Matter-Wave Interferometry in Microgravity). The performance of the condensate compares well to ground-based creations, producing around 105 atoms in 1.6 seconds, and the authors were able to perform more than 80 experiments during the six-minute space flight. The insights from these experiments help to increase our understanding of conducting cold-atom experiments in space, and could lead to a new era for quantum gas experiments.
doi: 10.1038/s41586-018-0605-1
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