Den här sommaren, en låda i en iskista kommer att flyga till den internationella rymdstationen, där det kommer att skapa den coolaste platsen i universum.

Inuti den lådan, lasrar, en vakuumkammare och en elektromagnetisk "kniv" kommer att användas för att avbryta energin från gaspartiklar, sakta ner dem tills de är nästan orörliga. Denna instrumentpaket kallas Cold Atom Laboratory (CAL), och utvecklades av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. CAL är i slutskedet av montering på JPL, inför en resa till rymden i augusti på SpaceX CRS-12.

Dess instrument är utformade för att frysa gasatomer till bara en miljarddels grad över absolut noll. Det är mer än 100 miljoner gånger kallare än rymdets djup.

"Att studera dessa hyperkalla atomer kan omforma vår förståelse av materia och tyngdkraftens grundläggande natur, "sa CAL -projektforskaren Robert Thompson från JPL." De experiment vi ska göra med Cold Atom Lab kommer att ge oss inblick i gravitation och mörk energi - några av de mest genomgripande krafterna i universum. "

När atomer kyls till extrema temperaturer, eftersom de kommer att vara inne i CAL, de kan bilda ett distinkt tillstånd av materia som kallas ett Bose-Einstein-kondensat. I detta tillstånd, välkända fysikregler avtar och kvantfysiken börjar ta över. Material kan observeras bete sig mindre som partiklar och mer som vågor. Atomerader rör sig i samspel med varandra som om de åkte på ett rörligt tyg. Dessa mystiska vågformer har aldrig setts vid temperaturer så låga som vad CAL kommer att uppnå.

NASA har aldrig tidigare skapat eller observerat Bose-Einstein-kondensat i rymden. På jorden, tyngdkraften gör att atomer ständigt sätter sig mot marken, vilket betyder att de vanligtvis bara kan observeras i bråkdelar av en sekund.

Men på den internationella rymdstationen, ultrakalla atomer kan hålla sina vågliknande former längre medan de är i fritt fall. Det ger forskare ett längre fönster för att förstå fysiken på dess mest grundläggande nivå. Thompson uppskattade att CAL gör att Bose-Einstein-kondensat kan observeras i upp till fem till 10 sekunder; framtida utveckling av den teknik som används på CAL kan tillåta dem att hålla i hundratals sekunder.

Bose-Einstein kondensat är en "supervätska" - en sorts vätska med noll viskositet, där atomer rör sig utan friktion som om de alla vore ett, fast substans.

"Om du hade överflödigt vatten och snurrade runt det i ett glas, det skulle snurra för alltid, "säger Anita Sengupta från JPL, Cold Atom Lab projektledare. "Det finns ingen viskositet för att sakta ner den och sprida rörelseenergin. Om vi ​​bättre kan förstå superfluiders fysik, vi kan möjligen lära oss att använda dem för mer effektiv överföring av energi. "

Fem vetenskapliga team planerar att genomföra experiment med hjälp av Cold Atom Lab. Bland dem är Eric Cornell från University of Colorado, Boulder och National Institute for Standards and Technology. Cornell är en av Nobelprisvinnarna som skapade Bose-Einstein-kondensat för första gången i ett laboratorium 1995.

Resultaten av dessa experiment kan potentiellt leda till ett antal förbättrade tekniker, inklusive sensorer, kvantdatorer och atomur som används vid rymdfarkostnavigering.

Särskilt spännande är applikationer relaterade till detektering av mörk energi, sa Kamal Oudrhiri från JPL, CAL:s biträdande projektledare. Han noterade att nuvarande modeller av kosmologi delar upp universum i ungefär 27 procent mörk materia, 68 procent mörk energi och cirka 5 procent vanlig materia.

"Detta innebär att även med all vår nuvarande teknik, vi är fortfarande blinda för 95 procent av universum, ", sa Oudrhiri. "Som en ny lins i Galileos första teleskop, de ultrakänsliga kalla atomerna i Cold Atom Lab har potential att låsa upp många mysterier bortom gränserna för känd fysik. "

Cold Atom Lab genomgår för närvarande en testfas som kommer att förbereda den innan leverans till Cape Canaveral, Florida.

"De tester vi gör under de kommande månaderna på marken är avgörande för att säkerställa att vi kan arbeta och ställa in det på distans medan det är i rymden, och i slutändan lära av detta rika atomfysiska system i många år framöver, "sa Dave Aveline, testbäddsledningen vid JPL.