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극저온 상태의 우주 실험실 Cold Atom Laboratory (CAL)



(This series of graphs show the changing density of a cloud of atoms as it is cooled to lower and lower temperatures (going from left to right) approaching absolute zero. The emergence of a sharp peak in the later graphs confirms the formation of a Bose-Einstein condensate -- a fifth state of matter -- occurring here at a temperature of 130 nanoKelvin, or less than 1 Kelvin above absolute zero. (Absolute zero, or zero Kelvin, is equal to minus 459 degrees Fahrenheit or minus 273 Celsius).
Credits: NASA/JPL-Caltech)

(The Cold Atom Laboratory (CAL) consists of two standardized containers that will be installed on the International Space Station. The larger container is called a “quad locker,” and the smaller container is called a “single locker.” The quad locker contains CAL’s physics package, or the compartment where CAL will produce clouds of ultra-cold atoms.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Tyler Winn)

(Shown here, the "physics package" inside the Cold Atom Lab, where ultracold clouds of atoms called Bose-Einstein condensates are produced.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Tyler Winn)


 나사의 Cold Atom Laboratory (CAL)이 국제 유인 우주 정거장에서 절대영도에 매우 가까운 100 nanoKelvin의 극저온 상태에 도달하는데 성공했습니다. 이런 저온에서 원자는 전혀 움직이지 않는 독특한 상태가 되는데 이를 Bose-Einstein condensates (BECs)라고 부르며 고체, 액체, 기체, 플라스마 상태에 이은 물질의 다섯 번째 상태라고 부릅니다. 물론 현실적으로 우주에서 존재하기 어려운 매우 낮은 온도라 실험실에서만 그 상태를 연구할 수 있습니다. 


 나사는 지구의 중력이 간섭하지 않는 미세 중력 환경에서 BEC 상태를 연구하기 위해 오랜 시간 개발을 진행했습니다. 지구에서도 이런 낮은 온도를 안정적으로 유지하기 위해서는 상당히 크고 무거운 고가의 실험 장비가 필요합니다. 1000만 분의 1라는 극저온 환경을 만드는 일 자체가 쉽지 않지만, 우주 정거장에서 작동할 수 있는 매우 작고 신뢰성이 높은 기기를 개발하는 일은 더 어려운 일입니다. CAL은 이 어려운 과제를 성공적으로 이뤄냈습니다. CAL에 대해서는 앞서 한 번 소개한 적이 있습니다.





(NASA’s Cold Atom Lab will produce clouds of ultra-cold atoms aboard the International Space Station to perform quantum physics experiments in microgravity. Atoms are chilled to about one 10 billionth of a degree above Absolute Zero, or about 10 billion times colder than the average temperature of deep space. At those temperatures, atoms behave in strange ways, allowing scientists to investigate the fundamental nature of matter.)


 BECs 상태가 지구보다 오래 지속되는 환경에서 CAL은 여러 가지 특이한 현상을 관측하고 연구하는 데 도움을 줄 것입니다. 대표적인 것은 가장 낮은 에너지 상태에 있는 원자들이 마치 하나의 원자처럼 행동하는 슈퍼 아톰 상태입니다. (The ultracold atoms all assume their lowest energy state, and take on the same wave identity, becoming indistinguishable from one another. Together, the atom clouds are like a single "super atom," instead of individual atoms.)
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 앞으로 여러 과학자들이 이 우주 실험 장치를 통해서 여러 가지 새로운 사실을 밝혀낼 것으로 기대됩니다. ISS가 장기적으로 유지되야 하는 이유가 하나 더 늘어난 셈입니다.
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 참고 




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