宇宙ステーションの最も涼しい場所で量子のブレークスルーが達成された

国際宇宙ステーションの一角に、非常にクールな施設がひっそりと設置されています。それが「コールド・アトム・ラボ」です。ここでは原子を華氏マイナス459度（摂氏マイナス273度）まで冷却することができます。ほぼ絶対零度では、原子は振動をほぼ停止し、ボーズ・アインシュタイン凝縮と呼ばれる状態に達します。これにより、研究者は原子とその相互作用に関する理論を検証することができ、そして今、この極低温の原子を用いて、周囲の環境の変化を検知することが可能になりました。

この研究では、原子干渉計と呼ばれる量子ツールを用いています。これは、重力などの力を原子を用いて測定するものです。地球上にも同様のツールは存在しますが、地球の表面では地球の重力の影響を受けるため、機器の感度は低下します。宇宙の微小重力環境では、原子をより長時間、より正確に測定することができ、研究者たちはこの機器を用いて宇宙ステーションの振動を検出することに成功しました。

NASAジェット推進研究所のコールド・アトム・ラボ・プロジェクトサイエンティスト、ジェイソン・ウィリアムズ氏は声明で、「このマイルストーンに到達するのは非常に困難で、成功は必ずしも当然のことではありませんでした」と述べています。「これを実現するには、チームの献身的な努力と冒険心が必要でした。」

研究チームが宇宙での原子干渉計の使用を実証した今、この技術は将来、様々な用途に活用できる可能性があります。その範囲は、理論モデルの検証から地球上の水の動きの追跡まで多岐にわたり、暗黒物質や暗黒エネルギーといったテーマの解明に役立つ実験にも活用できる可能性があります。

「原子干渉法は、アインシュタインの一般相対性理論を新たな方法で検証するためにも利用できる可能性があります」と、バージニア大学の主任研究者キャス・サケット氏は述べています。「これは私たちの宇宙の大規模構造を説明する基本理論であり、私たちが正しく理解していない側面があることは分かっています。この技術は、そうしたギャップを埋め、私たちが住む現実のより完全な姿を描き出すのに役立つかもしれません。」

この技術は、航空機や船舶の航行性能向上など、実用的な応用も期待されています。「宇宙ベースの原子干渉計は、刺激的な新発見や、日常生活に影響を与える素晴らしい量子技術の誕生につながり、私たちを量子の未来へと導いてくれると期待しています」と、ロチェスター大学の研究者ニック・ビゲロー氏は述べています。

この研究はNature Communications誌に掲載された。