多くの読者は、国際宇宙ステーションは涼しい作業場所であることに同意するだろう。そして、その温度はますます低くなっており、0K より 10 億分の 1 度高い (非常に狭い場所で)。
すべてが計画通りに進めば、8月に予定されているSpaceX社のISSへのCRS-12補給ミッションには、NASAが長らく計画してきたコールド・アトム・ラボラトリーが搭載されることになる。これは、物質、重力、そしておそらくは暗黒物質の極限状態を理解するための実験である。
この実験は、ボース・アインシュタイン凝縮（BEC）の生成を目的としています。BECとは、バリオン物質（つまり通常の物質）が量子的な特性を示す状態です。研究室の説明によると、BEC内の物質は波のような性質を帯びます。
BEC実験は地球上で行われており（計6人のノーベル賞受賞につながっています）、重力の影響でBEC状態を数分の1秒以上維持することは困難です。NASAの研究者たちは、国際宇宙ステーションのような微小重力環境であれば、10秒以上維持できる可能性があると考えています。
これはダークマターとどう関係があるのでしょうか？ いい質問ですね。NASAのブログ記事で説明されているように、BECは原子が摩擦なく動き回る「超流体」と考えることができます。
BEC 状態が続く限り、そこに加えられた運動エネルギーは摩擦によって失われることはないので、通過する暗黒物質との相互作用から得られる微量のエネルギーでさえも観測できる可能性があります。
NASAの冷原子核研究所の概略図。画像：NASA
落ち着いてまた落ち着いて
ルビジウムやカリウムなどの原子（実験で使用される）をその温度まで下げるには、多くの装置が必要です。
まずレーザー冷却が行われます。Cold Atom Labからの情報：「共鳴状態において、光子は原子に運動量を与えます。光子の周波数が共鳴状態からドップラー赤方偏移している場合、レーザービームに向かってくる原子のみが影響を受けます。レーザーから遠ざかる原子は光子束の影響を受けません。レーザービームがあらゆる方向から来る場合、原子はあらゆる方向から冷却されます。」
これによって 100 マイクロケルビン程度まで到達しますが、目標温度はピコケルビンなので、さらに作業が必要です。
第二段階は、原子に高周波場を当てることです。この「蒸発冷却」により、特定のエネルギーレベルを超える原子のみが励起され、それより低い温度の原子は残されます。つまり、不要な原子を蒸発させるのです。
最後に、断熱膨張があります。これは、（小さな）原子雲を膨張させ、さらに冷却するものです。®
