1995年、研究者たちは、非常に低い温度で第5の物質状態であるボース＝アインシュタイン凝縮体を生成できることを証明しました。最近まで、この凝集状態を生成するには地上の高真空装置が必要で、重力のために状態は極めて短時間しか持続しませんでした。しかし、ドイツの研究チームが無人宇宙ロケットを使ってボース＝アインシュタイン凝縮体を生成し、研究することに成功しました。
固体、液体、気体という標準的な物質の状態に加え、物質にはほかの状態もあります。
たとえば、気体は高温で電離し、プラズマになります。
1995年、研究者たちは、非常に低い温度で第5の物質状態であるボース＝アインシュタイン凝縮体を生成できることを証明しました。
量子力学では、ボース＝アインシュタイン凝縮体を量子実験に用います。たとえば、重力波や地球の重力場の研究に利用できます。
しかし、これまでこの特殊な凝集状態を生成するには地上の高真空装置が必要で、重力のために状態は極めて短時間しか持続しませんでした。
ドイツの研究チームは今回、無人宇宙ロケット内でボース＝アインシュタイン凝縮体を生成し、研究することに初めて成功しました。研究成果は学術誌Natureに発表されました。
重力によって実験時間が制限される
このような凝縮体が極低温で形成されることは、物理学者のサティエンドラ・ナート・ボースとアルベルト・アインシュタインが初めて予測しました。
研究者たちは、原子を絶対零度（0ケルビン）よりわずか100万分の1度高い温度まで冷却し、ボース＝アインシュタイン凝縮体を検出しました。
原子を冷却すると、原子の運動は弱まり、同時に粒子の波長は長くなります。絶対零度に近づくと、ほぼ完全に静止し、個々の粒子の波動関数（量子力学では各粒子を固有の波動関数で記述します）が重なり合います。この状態では、系のすべての原子が同じ物理的性質を持ち、単一の原子、すなわち超原子のように振る舞います。
ボース＝アインシュタイン凝縮体を使った実験は非常に有用ですが、これまで実施は困難でした。凝縮雲の原子に働く重力によって原子がすぐに落下し、実験を続けられなくなるためです。
冷たい凝縮雲をより長く研究できるよう、研究者たちは非常に高い落下塔を利用します。これにより、実験時間を延ばすことができます。
しかし、高さ122メートルの塔などブレーメンにある非常に高い落下塔でも、無重量状態で自由落下できるのは数秒間に限られます。これを微小重力と呼びます」と、ハノーバー大学のマイケ・ラッハマン氏は『World of Physics』で説明しました。「一方、宇宙では、はるかに長時間、より精密な測定ができます」。
宇宙空間でボース＝アインシュタイン凝縮体の実験を行うため、研究者たちはルビジウム原子でできたチップを開発し、2017年1月、エスレンジ宇宙センターから宇宙ロケットMAIUS-1に載せて打ち上げました。
宇宙空間に到達すると、凝縮体が形成されるまで、レーザー冷却と蒸発冷却によって原子の温度を下げました。続いて研究者たちは、さまざまな方法で操作したときに原子ガスがどのように振る舞うかを調べることができました。ロケットの加速段階と6分間の宇宙飛行中に、110件の実験が行われました。
2020年と2021年には、カリウム原子を使った実験を含む、さらなる実験が行われる予定です。ドイツ航空宇宙センター（DLR）とNASAの研究者たちは、ドイツの研究者による知見を今後、ISSでの冷却量子ガスに関する自らの研究に活用します。
元の記事はこちら：Business Insider Deutschland。この記事はもともとBusiness Insider Deutschlandに掲載され、ドイツ語から翻訳されました。著作権2018年。Business Insider DeutschlandをTwitterでフォローしてください。
