General, Nieuws, Techniek

08-03-2017

Supervriezer van NASA moet ‘koudste plek in heelal’ creëren

Supervriezer van NASA moet ‘koudste plek in heelal’ creëren
De Verenigde Staten ontwikkelen een supervriezer die 'de koudste plek in het heelal' moet realiseren. Het is de bedoeling dat de CAL-supervriezer een temperatuur realiseert die 1 miljoenste graad boven het absolute nulpunt - oftewel 0 Kelvin (-273,15 graden Celsius) - ligt. Bij dit theoretische nulpunt stoppen alle atomen met bewegen.

Het cryogene apparaat, dat ‘Cold Atom Laboratory’ (CAL) wordt genoemd, is bijna uitontwikkeld en zal later dit jaar naar het International Space Station (ISS) worden gestuurd. Het ontbreken van zwaartekracht in het heelal maakt experimenten mogelijk die op aarde niet, of veel minder goed, kunnen worden uitgevoerd.

Atomen vertragen

Het CAL bestaat uit een kast met een vacuümkamer, lasertechnologie en een elektromagnetisch ‘mes’ dat gas-atomen van hun energie moet ontdoen. Daardoor worden de bewegingen van de atomen steeds verder vertraagd, tot ze vrijwel geen trillingen meer vertonen. In deze cryogene toestand heerst een extreem lage temperatuur en komen deeltjes in een nieuwe, mysterieuze fase terecht waarin materiegolven elkaar overlappen. Atomen zijn daarbij niet meer van elkaar te onderscheiden: er is sprake van één materiegolf, ook wel een ‘superatoom’ genoemd.

Bose-Einstein condensaat: ‘wrijvingloze atomen’

Die nieuwe fase, het Bose-Einstein condensaat, wordt de ‘vijfde aggregatietoestand’ genoemd, naast vloeibaar, vast, gas en plasma. Wetenschappers begrijpen niet goed welke processen zich in deze cryogene fase voltrekken. Wel is duidelijk dat atomen geen enkele wrijving meer voelen; ze worden ‘superfluïde’. “Als je water in deze toestand hebt en het laat ronddraaien in een glas, zal het in principe altijd blijven draaien. Er is geen stroperigheid om het af te remmen en de energie af te voeren”, legt een woordvoerder van NASA uit. Het Bose-Einstein condensaat ontstijgt daarbij de bekende wetten uit de klassieke natuurkunde; het gaat om een toestand die de wetten van de quantum-mechanica volgt.

Zwaartekracht als spelbreker

Op aarde zijn al eerder experimenten uitgevoerd met betrekking tot het Bose-Einstein condensaat. De aanwezigheid van zwaartekracht is daarbij echter een obstakel, waardoor atomen slechts een fractie van een seconde in deze fase blijven. NASA verwacht dat het Bose-Einstein condensaat in de zwaartekrachtloze omgeving van het International Space Station 5 tot 10 seconden lang kan worden geobserveerd. Doorontwikkeling van de technologie moet er in de toekomst zelfs voor zorgen dat atomen minutenlang in deze fase blijven.

Kosmologisch record?

Met de ‘supervriezer’ wordt wellicht een kosmologisch kouderecord gevestigd. Nergens in het heelal – althans in het voor mensen waarneembare deel ervan – wordt het absolute nulpunt zo ver benaderd als later dit jaar in het ISS moet gebeuren. Kosmische achtergrondstraling (cosmic microwave background, oftewel CMB) in de ruimte bevat een kleine hoeveelheid energie die nog voortkomt uit de oerknal. Die energie ‘warmt’ de ruimte op, waardoor het vrijwel nergens kouder is dan ongeveer 3 Kelvin (-270,15 graden Celsius). De koudste locatie in het voor de mens bekende deel van het heelal is de Boemerang-nevel, die ongeveer 5.000 lichtjaar van de aarde is verwijderd. Hier heerst een temperatuur van 1 Kelvin (-272,15 graden Celsius). Het is de enige locatie in het waarneembare universum waar een temperatuur heerst die lager is dan de temperatuur die door CMB-energie wordt opgewekt. Wetenschappers hebben vooralsnog geen idee van de oorzaak daarvan.

Het Cold Atom Laboratory wordt in augustus van dit jaar naar het internationale ruimtestation ISS gestuurd, zo meldde ruimtevaartorganisatie NASA gisteren.

>Leestip: Professor Marcel ter Brake doet aan de Universiteit Twente onderzoek naar cryogene technieken, onder andere voor toepassing in de ruimtevaart.

Vakmedianet gebruikt cookies om bepaalde voorkeuren te onthouden en advertenties af te stemmen op je interesses. Meer informatie over het gebruik van cookies.