Ultra soğuk gaz atomları (rubidyumdan) bu durumda normalde oda sıcaklığında oldukları gibi hareket etmezler, mikroskobik bilardo topları gibi kaplarının etrafında dolaşırlar. Gaz soğudukça daha yavaş hareket ederler, ancak durgun atomlar buhar gibi sıvı veya katıya dönüşmez. Mutlak sıfıra yakın soğutulduklarında bir araya toplanmaya başlarlar ve gaz parçacıklarıyla ilişkili dalga boyları uzar ve örtüşmeye başlar.

Böyle aşırı soğuk sıcaklıklarda, atomlar tuhaf davranmaya başlar. Hem parçacık hem de dalga olarak davranarak kuantum özelliklere sahip bir maddede birleşirler. Bu noktada, temelde bir kuantum paradoksudurlar ve neredeyse bir asır önceki Hintli ve Alman fizikçilerin adını taşıyan Bose-Einstein yoğuşması adı verilen yeni bir madde durumu gibidirler. (Teknik olarak, aşırı soğuk atomların Bose-Einstein yoğunlaşması olarak kabul edilmeleri için daha da soğutulmaları gerekir, ancak bunun eşiğinde olduklarının belirtilerini gösteriyorlar.) Her durumda, kuantum fenomenlerinin gözlemlenmesi için genellikle güçlü mikroskoplara ihtiyaç duyulurken, bu baloncuklar bir insan saçının genişliğinden çok daha büyük bir boyuta şişirilebilir.

"Normalde atom ölçeğinde gerçekleşen düzgün fizik efektlerini alıyoruz ve bunları bir milimetreye kadar olan nesnelerde gerçekleştiriyoruz, kuantum mekaniğini ve garip fizik davranışlarını çıplak gözle görünür hale getirmeye çalışıyoruz, ” diyor Maine'deki Bates College'da atom fizikçisi olan ve çalışmanın baş yazarı Nathan Lundblad.

Kuantum kuramı ile şok olmamış bir kişi onu henüz anlamamıştır.—  Niels Bohr

Bu araştırma, kuantum fiziği dünyasının ötesinde uygulamalara sahip olabilir. Aveline, NASA'nın bu araştırma ile ilgilenmesinin bir nedeninin, ultra soğuk atomlar üzerindeki bu tür çalışmaların sonunda daha hassas jiroskopların ve ivmeölçerlerin geliştirilmesine yardımcı olabilmesi olduğunu söylüyor. Aşırı soğuk atomlardan oluşan bir balonu şişirmek, aynı zamanda bebek evreninin Büyük Patlama'dan saniyenin bir kesri kadar kısa bir süre sonra son derece hızlı genişlemesine dair bir fikir verebilir.

Bu fizikçiler ve meslektaşları onlarca yıldır Dünya'daki ultra soğuk atomları incelerken, gezegenin yerçekimi, doğanın en zayıf kuvveti olmasına rağmen hala atomları çekiyor. Yeryüzünde, bilim adamları atomları yuvarlak bir kabarcık veya baloncuk haline getirmeye çalışırlarsa, sonunda sarkarak küçük bir kontakt lens gibi içbükey bir şekil oluştururlar. Bu, araştırmacıları onları iğneler, halkalar ve krepler gibi başka şekillere sokmaktan alıkoymadı. (Atomların geometrisi önemli olabilir, çünkü örneğin ultra ince bir karbon tabakası grafen haline getirilebilir.) Ancak küresel veya elips şeklinde kalan ve düzleşmeyen ultra soğuk gaz atomlarından baloncuklar yapmak için yerçekimini aradan çıkarmaları gerekiyordu. İşte ISS (Uluslararası Uzay İstasyonu) burada devreye giriyor.

Lundblad ve Aveline'in süper soğutma deneyi, Soğuk Atom Laboratuvarı (Cold Atom Lab (CAL)) içindeki deneylerden yalnızca bir tanesidir. Bir üniversitedeki araştırma laboratuvarından farklı olarak, Soğuk Atom Laboratuvarı, altı ekibin çeşitli deneyler gerçekleştirmesini sağlayan bir donanım içerir; bir çeşit aşçı gruplarının kendi yemeklerini hazırlamak için malzemeleri ve araçları kullanmak üzere girebileceği bir mutfak gibi. Astronotlar laboratuvarı kurduktan sonra, ISS ekibi tarafından herhangi bir izleme veya yardım gerektirmeden sistem kendi başına çalışabildi. (NASA astronotları Christina Koch ve Jessica Meir'in 2020'de yaptığı güncelleme gibi, zaman zaman onarılabilir veya geliştirilebilir.)

Dünya üzerindeki atom fiziği araştırmalarından farklı olarak, Lundblad ve Aveline's gibi bilim adamlarından oluşan ekipler, deneylerini uzaktan yönetmek ve yürütmek zorundadır. Lundblad, "Hubble teleskobu gibi ama atom fizikçileri için" diyor. Araştırmacılar, Soğuk Atom Laboratuvarı'nı JPL Laboratuvarı'ndan uzaktan çalıştırıyor, komutlar gönderiyor, verileri alıyor ve daha sonra deneyleri geliştiren bilim insanlarıyla paylaşıyorlar. Bunları genellikle astronotlar uyurken çalıştırırlar, çünkü kısmen Soğuk Atom Laboratuvarı, ISS'deki egzersiz bisikletinin yakınında duruyor ve bu da aparatı çok hafif sallayabiliyor.

2018'de bir grup Alman bilim adamı, kısa bir süreliğine uzaya giden bir roket üzerinde benzer bir deney başlattı, ancak bu, yörüngede ilk kez denendi. Araştırmacılar ayrıca kuzey Almanya'daki Bremen Üniversitesi'nde 400 metrelik bir düşme kulesinde bir vakum odası ile mikro yerçekimini simüle etmeye çalıştılar. Ancak bu neredeyse ağırlıksızlık sadece birkaç saniye sürer ve bilim adamları, bazı deneyleri dakikada birkaç kez çalıştırabilen CAL'in aksine, günde yalnızca birkaç kısa ömürlü deney yapabilirler.

"Düşük maliyetli ciddi bir bilim deneyinin gerçekleştiğini görmek harika. Uzayda çok sayıda biyolojik deney görüyorum, ancak fiziksel bilimler açısından, Soğuk Atom Laboratuvarı'nın harika olduğunu düşünüyorum, " diyor İngiltere'deki Sussex Üniversitesi'nde daha önce Bose-Einstein yoğuşmaları üzerinde teorik çalışmalara öncülük eden ve CAL'e dahil olmayan bir kuantum fizikçisi. (Laboratuvar tam olarak ucuz değil, ancak örneğin milyarlarca dolarlık parçacık hızlandırıcılarına kıyasla ucuz.)

Garraway, “Benim için bu, uzaya olan ilgimi yeniden canlandırdı” diyor. "Deney için, şimdi benim ilgi alanım, onu nasıl iyileştireceğim, daha simetrik hale getireceğim, bazı eksikleri düzelteceğim ve onlara bu yolculukta yardım edeceğim."