冷原子研究所

コールドアトムラボラトリー（CAL ）は、2018年に打ち上げられた国際宇宙ステーションに搭載された実験装置です。微小重力下で極寒の環境を作り出し、このような条件下での原子の挙動を研究します。^[1]^[2]

タイムライン

CALはカリフォルニア州パサデナのJPLで開発されました。^[3]当初は2017年6月に国際宇宙ステーション（ISS）に向けて打ち上げられる予定でした^{。[4]その後、2017年8月に予定されていた}SpaceX CRS-12ロケットでの打ち上げまで延期されました。^[5]最終的に2018年5月21日に打ち上げられました。 ^[2]当初のミッション期間は12か月で、最大5年間の延長運用が予定されていました。^[4]

2020年1月にはハードウェアのアップグレードが実施され、地上管制官の監督の下、クリスティーナ・コッホとジェシカ・メイヤーの両宇宙飛行士によって8日間にわたって実施された。 ^[1]このアップグレードには、等価原理の研究に使用できる原子干渉計が含まれていた。^[6]

2021年7月、宇宙飛行士のミーガン・マッカーサーによるさらなるアップグレードにより、CALはルビジウム原子に加えて極低温カリウム原子も扱えるようになりました。^[7]

目的

この装置はISSの微小重力環境で極寒の状態を作り出し、地球上の実験室で生成されるものよりも桁違いに冷たいボーズ・アインシュタイン凝縮体（BEC）の形成につながる。 ^[4]宇宙実験室では、最大10秒の相互作用時間と1ピコケルビンという低温が達成可能であり、未知の量子力学現象の探究や、最も基本的な物理法則のいくつかをテストできる可能性がある。^[8]^[4]これらの実験は、BECが抑制されずに形成されやすい自由落下環境で行うのが最適である。地上での実験では、凝縮体が装置と非対称に相互作用し、凝縮体の時間的発展を妨げる影響を受けている。軌道上では、自由落下が無期限に続くため、実験をはるかに長く続けることができる。^[4] NASAのJPLの科学者たちは、CALの調査によって、地球や他の惑星の重力を監視したり、高度なナビゲーション装置を構築したりするために使用できる、非常に高感度の量子検出器の開発に関する知識が進歩する可能性があると述べています。^[4]

結果

2019年の実験の結果は2020年に報告され、研究室の運営が成功したことが実証されました。これにより、BECと量子力学の研究が改善されます。なぜなら、BECでは物理学がマクロスケールにまでスケールされているからです。研究室は、少数体物理学の長期的な調査をサポートし、原子波干渉法と原子レーザーの技術開発をサポートしています。^[9]^[10]

参照

参考文献

^ ab 「宇宙ステーションの最もクールな実験が宇宙飛行士の支援を受けてアップグレード」NASA/JPL 。 2020年9月13日閲覧。
^ ab 「NASAは量子物理学を研究するために宇宙に超低温研究室を建設中」。QUARTZ 2018年5月24日。2018年5月24日閲覧。
^ Elizabeth, Landau (2016-03-18). 「Cold Atom Laboratory Doing Cool Research」NASA . 2020年11月19日閲覧。
^ abcdef 「Cold Atom Laboratory」coldatomlab.jpl.nasa.gov . 2019年8月29日閲覧。
^ 「NASA、コールド・アトム・ラボを宇宙に打ち上げる」2017年3月8日。
^ ジム・グリーン、イーサン・エリオット (2021-08-06). 「シーズン5、エピソード13：宇宙ステーションの奇妙な物理学」NASA Gravity Assist 。 2022年1月25日閲覧。
^ 「Mixed Reality による宇宙ステーションの Cold Atom Lab のアップグレード」coldatomlab.jpl.nasa.gov 2021-10-26 . 2022-01-23閲覧。
^ 「Cold Atom Laboratory Creates Atomic Dance」NASAニュース。2014年9月26日。2021年7月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年5月21日閲覧。
^ 「量子『物質の第5の状態』が宇宙で初めて観測される」phys.org . 2020年7月4日閲覧。
^ Aveline, David C.; Williams, Jason R.; Elliott, Ethan R.; Dutenhoffer, Chelsea; Kellogg, James R.; Kohel, James M.; Lay, Norman E.; Oudrhiri, Kamal; Shotwell, Robert F.; Yu, Nan; Thompson, Robert J. (2020年6月). 「地球周回研究室におけるボーズ・アインシュタイン凝縮体の観測」. Nature . 582 (7811): 193–197. Bibcode :2020Natur.582..193A. doi :10.1038/s41586-020-2346-1. ISSN 1476-4687. PMID 32528092. S2CID 219568565 . 2020年7月4日閲覧。

外部リンク

ウィキメディア・コモンズの Cold Atom Laboratory に関連するメディア
コールドアトムラボラトリー – JPL のプロジェクト Web サイト

[:1-1] 「宇宙ステーションの最もクールな実験が宇宙飛行士の支援を受けてアップグレード」NASA/JPL 。 2020年9月13日閲覧。

[:2-2] 「NASAは量子物理学を研究するために宇宙に超低温研究室を建設中」。QUARTZ 2018年5月24日。2018年5月24日閲覧。

[3] Elizabeth, Landau (2016-03-18). 「Cold Atom Laboratory Doing Cool Research」NASA . 2020年11月19日閲覧。

[:0-4] 「Cold Atom Laboratory」coldatomlab.jpl.nasa.gov . 2019年8月29日閲覧。

[Physics_World_-_the_member_magazine_of_the_Institute_of_Physics-5] 「NASA、コールド・アトム・ラボを宇宙に打ち上げる」2017年3月8日。

[6] ジム・グリーン、イーサン・エリオット (2021-08-06). 「シーズン5、エピソード13：宇宙ステーションの奇妙な物理学」NASA Gravity Assist 。 2022年1月25日閲覧。

[7] 「Mixed Reality による宇宙ステーションの Cold Atom Lab のアップグレード」coldatomlab.jpl.nasa.gov 2021-10-26 . 2022-01-23閲覧。

[CALnasa-8] 「Cold Atom Laboratory Creates Atomic Dance」NASAニュース。2014年9月26日。2021年7月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年5月21日閲覧。

[9] 「量子『物質の第5の状態』が宇宙で初めて観測される」phys.org . 2020年7月4日閲覧。

[10] Aveline, David C.; Williams, Jason R.; Elliott, Ethan R.; Dutenhoffer, Chelsea; Kellogg, James R.; Kohel, James M.; Lay, Norman E.; Oudrhiri, Kamal; Shotwell, Robert F.; Yu, Nan; Thompson, Robert J. (2020年6月). 「地球周回研究室におけるボーズ・アインシュタイン凝縮体の観測」. Nature . 582 (7811): 193–197. Bibcode :2020Natur.582..193A. doi :10.1038/s41586-020-2346-1. ISSN 1476-4687. PMID 32528092. S2CID 219568565 . 2020年7月4日閲覧。