अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन ने हाल ही में उन्नत नासा कोल्ड एटम लैब लॉन्च किया। यह कक्षीय क्वांटम प्रयोग मंच परमाणुओं को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करने के लिए एक माइक्रोग्रैविटी वातावरण का उपयोग करता है। इसका उपयोग बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) नामक पदार्थ की एक विशेष अवस्था का अध्ययन करने और क्वांटम प्रौद्योगिकी की नई पीढ़ी की नींव रखने के लिए किया जाता है। इस उन्नयन के माध्यम से, वैज्ञानिक शोधकर्ता अंतरिक्ष स्टेशन पर क्वांटम प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित करेंगे जिन्हें जमीनी प्रयोगशालाओं में हासिल करना लगभग असंभव है।
कोल्ड एटम प्रयोगशाला को संयुक्त राज्य अमेरिका में जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (जेपीएल) द्वारा विकसित किया गया था। यह दिखने में एक छोटे रेफ्रिजरेटर के समान है। इसे अंतरिक्ष स्टेशन के केबिन में स्थापित किया गया है और इसे ग्राउंड टीम द्वारा दूर से नियंत्रित किया जाता है। अंतरिक्ष स्टेशन की माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत, प्रयोगशाला कम तापमान और लंबे विकास समय पर अल्ट्राकोल्ड परमाणु गैसों का निर्माण और निरीक्षण कर सकती है, ताकि परमाणु सामग्री स्पष्ट अस्थिरता प्रदर्शित कर सकें, कई स्थानों पर "सह-अस्तित्व" कर सकें, और यहां तक कि कुछ शर्तों और अन्य क्वांटम व्यवहारों के तहत एक दूसरे में "प्रवेश" कर सकें। जब तापमान शून्य से 459 डिग्री फ़ारेनहाइट (लगभग शून्य से 237 डिग्री सेल्सियस) नीचे और पूर्ण शून्य के करीब होता है, तो परमाणु बादल एक बीईसी बनाता है, जो ठोस, तरल, गैस और प्लाज्मा के बाद "पांचवीं अवस्था" बन जाता है। संपूर्ण अभी भी क्वांटम यांत्रिकी के विशिष्ट नियमों का पालन करता है।
प्रत्येक प्रयोग धातु रूबिडियम या पोटेशियम से शुरू होता है: शोधकर्ता धातु की एक पट्टी को लगभग 750 डिग्री फ़ारेनहाइट (लगभग 400 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म करते हैं, जिससे एक निर्वात कक्ष में परमाणु वाष्प बनता है। फिर, एक विशिष्ट आवृत्ति पर ट्यून की गई एक लेजर किरण को वाष्प में दागा जाता है, जो लगातार "लेजर कूलिंग" के माध्यम से परमाणुओं की गतिज ऊर्जा निकालती है, जिससे उनकी गति और तापमान तेजी से गिरता है। लेज़र कूलिंग पूरी होने के बाद, चुंबकीय क्षेत्र जाल अपने नियंत्रण में ले लेता है, परमाणुओं को और सीमित कर देता है और उन्हें ठंडा करना जारी रखता है, अंततः अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं का लगभग स्थिर बादल बनता है। सूक्ष्मगुरुत्वाकर्षण वातावरण में, ऐसी "पदार्थ तरंगें" बड़े पैमाने पर फैल सकती हैं और लंबे समय तक तैर सकती हैं। शोधकर्ता समय, गुरुत्वाकर्षण और गति जैसी भौतिक मात्राओं के सटीक माप के लिए अधिक प्रचुर अवलोकन विंडो भी प्राप्त कर सकते हैं।
जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के प्रोजेक्ट वैज्ञानिक जेसन विलियम्स ने बताया कि सबसे कम तापमान पर, पदार्थ हमारे दैनिक अनुभव से बहुत अलग व्यवहार करता है, जिसमें उतार-चढ़ाव हावी होता है और अल्ट्राकोल्ड पदार्थ बेहद सटीक माप की स्थिति प्रदान करते हुए अप्रत्याशित तरीके से विकसित होने में सक्षम होता है। उन्नत शीत परमाणु प्रयोगशाला समृद्ध हेरफेर उपकरणों से सुसज्जित है, जो अनुसंधान टीम को ब्रह्मांड के बुनियादी नियमों का अधिक गहराई से पता लगाने की अनुमति देती है। वर्तमान में, यह सुविधा बुनियादी भौतिकी अनुसंधान करने के लिए कई देशों की पांच अनुसंधान टीमों का समर्थन कर रही है। इसे भविष्य की अंतरिक्ष क्वांटम प्रौद्योगिकी के लिए एक परीक्षण मंच भी माना जाता है, जो पृथ्वी विज्ञान मिशनों और गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण अनुप्रयोगों की ओर उन्मुख है।
नवीनतम उन्नत मॉड्यूल को इस वर्ष 11 अप्रैल को एक वाणिज्यिक आपूर्ति उड़ान के माध्यम से अंतरिक्ष स्टेशन पर पहुंचाया गया था। कोर एक पुन: डिज़ाइन किया गया विज्ञान मॉड्यूल और प्रमुख घटकों का अद्यतन है। उनमें से, नई चुंबकीय जाल संरचना बड़ी रेंज में क्वांटम गैस बादलों के आकार को बदल सकती है, जिससे वैज्ञानिकों को विभिन्न ज्यामितीय बाधाओं के तहत परमाणुओं के संपत्ति परिवर्तनों का अध्ययन करने में मदद मिलती है। साथ ही, बेहतर धातु पट्टियां परमाणु वाष्प तैयार करने के लिए परमाणुओं का अधिक स्थिर और बेहतर स्रोत प्रदान करती हैं। परियोजना प्रबंधक कमल उद्रिली ने कहा कि ये सुधार "क्वांटम दुनिया की सीमा" को नियंत्रित करने की मनुष्य की क्षमता को और बढ़ावा देते हैं, जिससे बेहद कम तापमान की पहुंच और नियंत्रण योग्य क्वांटम राज्यों की सीमा फिर से बढ़ जाती है।
शीत परमाणु प्रयोगशाला मनुष्यों के लिए पृथ्वी की कक्षा में नियमित आधार पर बोस-आइंस्टीन संघनन तैयार करने का पहला मंच भी है। इसे "अंतरिक्ष में क्वांटम प्रौद्योगिकी के विश्वसनीय संचालन" का एक महत्वपूर्ण सत्यापन माना जाता है। उप परियोजना वैज्ञानिक एथन इलियट ने बताया कि पिछली शताब्दी की "क्वांटम क्रांति" लेजर, मोबाइल फोन, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और अन्य प्रौद्योगिकियों को लेकर आई। अब टीम अंतरिक्ष स्टेशन पर "क्वांटम 2.0" चरण को अंजाम दे रही है - सीधे बड़े पैमाने पर क्वांटम राज्यों में हेरफेर कर रही है, जिससे क्वांटम सेंसिंग और क्वांटम माप जैसी प्रमुख प्रौद्योगिकियों की एक नई पीढ़ी तैयार करने की उम्मीद है।
अंतरिक्ष स्टेशन पर इन जटिल प्रयोगों को लागू करने के लिए, नासा ने लेज़रों, रिफ्लेक्टरों और नियंत्रण उपकरणों को एक ही रैक में संघनित किया, जो पूरे प्रयोगशाला कक्ष को घेर लेते थे, और दीर्घकालिक कक्षीय वातावरण में उनके स्थिर संचालन को सुनिश्चित करते थे। जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला सुविधा के डिजाइन, निर्माण और परिचालन प्रबंधन के लिए जिम्मेदार है, जिसमें कैलटेक समग्र परियोजना प्रबंधन प्रदान करता है। कोल्ड एटम प्रयोगशाला नासा के विज्ञान मिशन निदेशालय के जैविक और भौतिक विज्ञान विभाग का हिस्सा है। यह विभाग वैज्ञानिक अनुसंधान करने के लिए अंतरिक्ष की अनूठी परिस्थितियों का उपयोग करता है जिन्हें जमीन पर पूरा नहीं किया जा सकता है। यह न केवल भविष्य में गहरे अंतरिक्ष में मानवयुक्त अन्वेषण के लिए जीवन समर्थन और इंजीनियरिंग आधार प्रदान करता है, बल्कि इस प्रक्रिया में नई खोजें और नई प्रौद्योगिकियां भी उत्पन्न करता है जो पृथ्वी पर जीवन को लाभ पहुंचा सकती हैं।
उड्रेरी ने इस बात पर जोर दिया कि यह अपग्रेड न केवल अंतरिक्ष क्वांटम प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में संयुक्त राज्य अमेरिका की अग्रणी स्थिति को बनाए रखने की नासा की क्षमता को प्रदर्शित करता है, बल्कि भविष्य में क्वांटम उपकरणों की एक श्रृंखला की परिपक्वता का मार्ग भी प्रशस्त करता है, जैसे कि बुनियादी भौतिकी, नेविगेशन और स्थिति, समय बेंचमार्क और पृथ्वी, चंद्रमा और अधिक दूर के खगोलीय पिंडों के गुरुत्वाकर्षण संवेदन के लिए उपयोग किए जाने वाले पदार्थ तरंग इंटरफेरोमीटर। उन्नत शीत परमाणु प्रयोगशाला के दोबारा संचालन में आने के साथ, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर यह "परिक्रमा करने वाली क्वांटम प्रयोगशाला" क्वांटम विज्ञान के अज्ञात क्षेत्रों में मानव जाति की निरंतर गहन खोज को बढ़ावा दे रही है।