Оказалось, охлаждённое облако атомов на «Тяньгуне» расширялось больше 7 секунд

Коротко

Облако атомов рубидия свободно расширялось на станции «Тяньгун» больше 7 секунд
Перед экспериментом облако охладили до эквивалентной температуры 9,7 пикокельвина
Микрогравитация позволяет дольше наблюдать за облаком без внешнего удержания
Наземную систему интегрировали в установку объёмом 0,7 кубометра и массой 500 килограммов
Возможные применения холодных атомов включают датчики и навигационные системы

Облако атомов рубидия свободно расширялось на станции «Тяньгун» больше 7 секунд. Перед этим его охладили до эквивалентной температуры 9,7 пикокельвина, сообщило издание IT Home. В кельвинах это 9,7 × 10⁻¹² К. Для сравнения: абсолютный ноль равен 0 К, или −273,15 °C, по данным Академии наук КНР.

Исследовательница рядом с установкой холодных атомов

Что сделали

Эксперимент прошёл в модуле «Мэнтянь» китайской орбитальной станции. Команда получила облако ультрахолодных атомов рубидия и наблюдала за его расширением в свободном полёте. По сообщению Пекинского университета, оно продолжалось более 7 секунд.

Рекордная цифра здесь не единственная цель. Пока облако расширяется, исследователи могут точнее изучать поведение атомов и измерять их свойства. На Земле гравитация быстро меняет форму облака и сокращает время наблюдения. На орбите микрогравитация позволяет дольше следить за тем, как оно развивается без внешнего удержания.

Работу координировал Центр космических применений Академии наук КНР. За научную и инженерную части отвечали Пекинский университет и Шанхайский институт оптики и точной механики Академии наук КНР. Результат опубликовали в журнале Science. Пекинский университет указывает дату публикации 5 ноября 2026 года, а Академия наук КНР сообщила о ней 6 ноября по пекинскому времени.

Как это работает

Сначала пары рубидия предварительно охлаждают с помощью магнитооптической ловушки и оптической патоки. Затем атомы удерживают пересекающимися лазерными лучами. Свет здесь помогает управлять движением атомов и удерживать облако.

Такую ловушку можно представить как невидимую чашу из света. Атомы остаются в области пересечения лучей, а исследователи постепенно меняют условия, чтобы охладить облако. Для начала они снижают интенсивность света, позволяя более энергичным атомам покинуть ловушку. Этот этап называют испарительным охлаждением. Затем облако неадиабатически расширяют, чтобы охладить его ещё сильнее.

Лабораторная установка видна через фасад корпуса

В микрогравитации световую «чашу» можно сделать слабее. А после охлаждения за облаком удаётся дольше наблюдать: оно не падает и не деформируется так быстро, как на Земле. Времени на измерения становится больше, хотя от самой установки требуется высокая точность.

Цифры и цена

Размеры оборудования дают представление о том, какую задачу пришлось решить инженерам. По данным Академии наук КНР, наземную систему объёмом 20 кубометров и массой 10 тонн интегрировали в установку объёмом 0,7 кубометра и массой 500 килограммов. Получился компактный экспериментальный комплекс на основе гораздо более крупной наземной аппаратуры.

В оптической системе около 23 трактов. Как сообщил исследователь Ли Тан, лазерные лучи требовалось совместить с точностью менее 5 микрометров, а на станции отклонение составило около 1–2 микрометров. Луч должен попадать в нужное место с точностью, сравнимой с небольшими долями толщины человеческого волоса.

Обосновывать проект начали в 2011 году. Экспериментальную установку отправили на орбиту вместе с модулем «Мэнтянь» в октябре 2022 года, сообщают Академия наук КНР и Пекинский университет. Между этими датами были годы проектирования и интеграции прибора, которому предстояло работать в космосе.

Модель установки на столе в жилой комнате

Цену установки или отдельного оборудования в материалах не указали, поэтому сравнить её стоимость с лабораторными системами нельзя. Орбитальный научный комплекс и не предназначен для продажи широкой публике.

Где подвох

Полностью оптическая схема даёт исследователям гибкость, но сама команда считает её более сложной, чем вариант с магнитной ловушкой на атомном чипе. Пекинский университет перечисляет трудности: нужно поддерживать стабильные частоту и мощность лазеров, подавлять вибрации, измерять температуру и добиваться повторяемости эксперимента.

Всё это влияет на точность результата. Изменилась мощность лазера или сместился луч, и условия удержания атомов уже другие. Важно получить не только предельно низкую температуру, но и сопоставимый результат при повторном эксперименте.

Как указывает газета «Кэцзи жибао», пока эксперимент не превращается непосредственно в потребительский продукт. Более точные датчики и навигационные системы обсуждают как возможные применения в будущем. Пекинский университет также называет научные направления: квантовое моделирование, изучение фазовых переходов и прецизионные измерения с атомными интерферометрами.

А что в России

По российским источникам, прямого аналога орбитальной установки с охлаждением до 9,7 пикокельвина не найдено. При этом в России есть наземные группы, которые работают с холодными атомами. Например, лаборатория МФТИ и ФИАН занимается охлаждением рубидия, магнитооптическими ловушками и оптическими пинцетами. В 2025 году учёные Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ сообщили, что удерживали атомы рубидия-87 в магнитооптической ловушке в течение 4,1 секунды.

Российские исследователи разрабатывают ловушки и для других задач. В Институте прикладной физики РАН описали захват атомов лития в оптическую дипольную ловушку, а группа квантовых оптических технологий создаёт массивы микроловушек для экспериментов с нейтральными атомами. Эти работы относятся к близкой научной области, но не повторяют орбитальный эксперимент и его параметры.

Оборудование китайской компании CAS Cold Atom Technology предлагает российский дистрибьютор «Специальные Системы. Фотоника». Однако точных данных о продаже в России именно установки с «Тяньгуна» нет.

Лазерные лучи сходятся внутри вакуумной камеры

Какое применение холодных атомов вам кажется самым перспективным: датчики, навигация или квантовые вычисления?