NASA创造出超低温“玻色-爱因斯坦凝聚态”

美国宇航局用激光冷却原子

美国国家航空航天局冷原子实验室(CAL)宣布，其团队已在美国国家航空航天局喷气推进实验室成功生产出玻色-爱因斯坦凝聚体，这是将于2016年底在空间站首次亮相的特殊仪器的一项关键突破。

冷原子实验室的目标是研究在特殊仪器中产生的超冷量子气体。科学家们将在空间站上使用这种仪器来探索由于超低温而几乎静止不动并且在微重力下停留时间更长的原子如何在不受重力影响的情况下相互作用。

图为原子逐渐冷却并形成“玻色-爱因斯坦凝聚体”的过程

玻色-爱因斯坦凝聚在1995年被观测到，并成为历史上最热门的物理话题之一。宇宙中只有在绝对零度以上百万分之一摄氏度的温度下才会形成凝结。在苛刻的温度条件下，受量子机制控制的原子表现异常，开始一步一步地聚结、重叠和同步，形成一种全新的物质状态，例如，同时显示波和粒子状态。

在极端温度下观察量子现象可以验证一些最重要的基本物理定律。冷原子实验室的地面测试平台是美国宇航局喷气推进实验室中最冷的地方，达到200纳开尔文(1开尔文等于10亿纳开尔文)该项目的科学家洛博·汤普森(Lobo Thompson)说，尽管地球的许多地方已经产生了凝聚态物质，但在空间站的微重力环境下，温度低至微开(1开尔文等于1万亿微微开)和长期相干态可能同时获得，并将创造宇宙中有史以来观察到的最冷的物质。

仪器前的研究人员

这项研究的显著之处在于，它能在几秒钟内产生稳定的玻色-爱因斯坦凝聚。冷原子实验室的研究人员使用激光冷却化学成分为铷的原子，最终他们会添加钾原子。除了产生凝聚物质，实验室还提供匹配工具，以几种不同的方式操纵和检测这些量子气体。

这项成就丰富了我们开发精密灵敏量子探测器的知识。这种量子探测器可以监测地球和其他恒星的重力，或者制造更先进的导航设备。"超冷原子也会影响光频原子钟的发展，光频原子钟将成为未来的时间标准."汤普森说，“美国国家航空航天局不仅使用最先进的望远镜向外观察广阔的宇宙，还在原子尺度上向内探索物理科学。”