中国空间站造出最冷人造物质：9.7皮开尔文，观测7秒

《环球时报》记者樊巍、邓孝慈日前从中国科学院空间应用工程与技术中心了解到，中国科学家在中国空间站超冷原子物理实验柜里，首次采用全光阱冷却技术，把铷原子云的等效温度降到9.7皮开尔文（pK，1 pK=10-12K）。这一温度比室温低了14个数量级，并且能持续观测7秒。人类纪录由此被刷新，目前已知最冷的人造物质就此诞生，中国科学家也朝着绝对零度（0K，零下273.15摄氏度）大大推近了一步。

中国空间站超冷原子实验的演示图

中国空间站之所以能做成这件事，靠的是微重力环境与“超级冰箱”。

原子温度一旦降到接近绝对零度、密度又足够高，它们就不再毫无规律地乱窜，而是排成一支整齐划一的“仪仗队”。科学家研究前沿物理问题、开展精密测量，正需要这样的状态。

2021年，德国不来梅大学科研团队在落塔微重力环境中，用原子芯片磁阱技术配合脉冲冲击冷却方案，把铷原子云的等效温度降到38皮开尔文，这是此前人类创造的最低温度纪录。2022年，

北京大学电子学院教授周小计是论文共同通讯作者，他说，物理学界向绝对零度进军已经持续百余年，低温研究和冷却技术在这一过程中拿下的成果，至少5次摘得诺贝尔物理学奖；新冷却手段一路把可探索的温度边界往外推，新的量子现象也随之一点点露出来。周小计还提到，中国空间站的微重力条件能把原子困在低于1赫兹的阱里，极低温原子的量子模拟和量子精密测量因此有了开展的可能。

在深度冷却上，中国走了一条与国际策略不同的技术路线。

2022年，中国空间站“梦天”实验舱成功发射，由上海光机所牵头研制的超冷原子物理实验系统就在其中，它好比一个能将温度极限降低的“超级冰箱”。4年后，中国科学家们利用这一实验系统打破了人类低温纪录。

论文共同第一作者、北京大学助理研究员熊炜表示，温度从室温的几百K一路降到10pK以下，每跨过一个量级，物质的性质和形态就换一副样子，这对物理学研究极为关键。他提到，过去在地面做极低温实验，原子只能被观测0.05秒上下，到了国际空间站能观测2秒；可观测的时间越久，越容易抓到新的、更弱的物理现象。中国空间站把这个时间拉长到7秒，往后落到应用上，干涉仪精度有望提升一个量级。

其实，进行深度冷却时，“中国方案”与国际方案采用了不同的技术路线。国际方案用原子芯片形成的微磁阱“囚禁”原子云，以射频蒸发冷却降低原子云温度，最后用脉冲冲击进行深度冷却。“中国方案”则是用全光阱“囚禁”原子云，降低光强进行蒸发冷却降低原子云温度，最后用非绝热扩散进行深度冷却，难度更大，但优势更明显。

论文共同第一作者、北京大学助理研究员金圣杰的看法是，中国空间站超冷原子实验柜把科学目标收得更紧，集中在量子模拟、量子新物态、基本物理理论检验这些方向，它更像一台“太空中的量子宇宙模拟器”。

这些成果将用于多项前沿基础研究。

论文共同通讯作者、上海光机所研究员陈卫标说，这个项目把空间科学、技术和工程三方面结合得相当典型。他介绍，欧美眼下已经布局用超冷原子干涉技术造空间重力梯度仪，用来观测重力场、建立高时空分辨率的地球重力场模型，进而研究地球内部与外部物质的运动状态和动力学机制、地球物理环境及其变化等重要信息，并用于未来全球水循环监测、冰川洋流变化、高程基准统一、航天器精密定轨等方面。陈卫标表示，这项成果能帮助相关仪器把精度提上去，为未来的空间重力测量任务服务。