Forskare har observerat materiens femte tillstånd i rymden för första gången, erbjuder oöverträffad insikt som kan hjälpa till att lösa några av kvantuniversums mest svårhanterliga gåtor, forskning visade torsdag.

Bose-Einstein-kondensat (BEC)-vars existens förutspåddes av Albert Einstein och den indiska matematikern Satyendra Nath Bose för nästan ett sekel sedan-bildas när atomer av vissa element kyls till nära absolut noll (0 Kelvin, minus 273,15 Celsius).

Vid denna tidpunkt, atomerna blir en enda enhet med kvantegenskaper, varvid varje partikel också fungerar som en våg av materia.

BEC:er sträcker sig över gränsen mellan den makroskopiska världen som styrs av krafter som gravitation och det mikroskopiska planet, styrs av kvantmekanik.

Forskare tror att BEC innehåller viktiga ledtrådar till mystiska fenomen som mörk energi - den okända energin som tros ligga bakom universums accelererande expansion.

Men BEC är extremt ömtåliga. Den minsta interaktion med omvärlden är tillräckligt för att värma dem förbi deras kondensgräns.

Detta gör dem nästan omöjliga för forskare att studera på jorden, där gravitationen stör de magnetfält som krävs för att hålla dem på plats för observation.

På torsdagen presenterade ett team av NASA -forskare de första resultaten från BEC -experiment ombord på den internationella rymdstationen, där partiklar kan manipuleras fria från jordiska begränsningar.

"Mikrogravitation gör att vi kan begränsa atomer med mycket svagare krafter, eftersom vi inte behöver stödja dem mot gravitationen, "Robert Thompson från California Institute of Technology, Pasadena, sa till AFP.

Forskningen publicerad i tidskriften Natur dokumenterar flera häpnadsväckande skillnader i egenskaperna hos BEC:er som skapats på jorden och de som finns ombord på ISS.

För en sak, BEC i markbundna laboratorier varar vanligtvis en handfull millisekunder innan de försvinner.

Ombord på ISS varade BEC:erna mer än en sekund, erbjuder teamet en oöverträffad chans att studera sina fastigheter.

Mikrogravitation tillät också atomerna att manipuleras av svagare magnetfält, påskynda deras kylning och möjliggör tydligare avbildning.

"Anmärkningsvärt" genombrott

Skapar materiens femte tillstånd, särskilt inom de fysiska gränserna för en rymdstation, är ingen elak bedrift.

Först, bosoner - partiklar som har lika många protoner och elektroner - kyls till nära absolut noll med hjälp av lasrar för att klämma fast dem.

Ju långsammare atomerna rör sig, ju svalare de blir.

När de tappar värme, ett magnetfält introduceras för att hindra dem från att röra sig och varje partikels våg expanderar. Kramar många bosoner i en mikroskopisk "fälla" som får deras vågor att överlappa till en enda materievåg - en egenskap som kallas kvantdegeneration.

Den andra magnetfällan frigörs för att forskare ska kunna studera kondensatet, dock, atomerna börjar avvisa varandra, får molnet att flyga isär och BEC blir för utspädd för att upptäcka.

Thompson och teamet insåg att mikrogravitationen ombord på ISS tillät dem att skapa BEC från rubidium - en mjuk metall som liknar kalium - på en mycket grundare fälla än på jorden. Detta stod för den väsentligt ökade tiden kondensatet kunde studeras innan det sprids.

"Viktigast av allt kan vi observera atomerna när de flyter helt obegränsade (och därmed ostörda) av yttre krafter, "Sa Thompson.

Tidigare studier som försöker efterlikna effekten av viktlöshet på BEC använde flygplan i fritt fall, raketer och till och med apparater tappade från olika höjder.

Forskargruppens ledare David Aveline berättade för AFP att studier av BEC i mikrogravitation öppnade en mängd forskningsmöjligheter.

"Tillämpningar sträcker sig från tester av allmän relativitet och sökningar efter mörk energi och gravitationsvågor till rymdfarkostnavigering och prospektering efter mineraler under jorden på månen och andra planetkroppar, " han sa.

© 2020 AFP