中国空间站造出9.7皮开尔文物质:低温纪录被刷新

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近日,在空间站超冷原子物理实验柜中,中国科学家率先利用全光阱冷却技术,成功将铷原子云的等效温度降至9.7皮开尔文(pK),较室温降低了14个数量级,并可持续观测7秒,打破了人类迄今为止的低温纪录,制备出目前已知最冷人造物质,标志着中国科学家向绝对零度迈进一大步。该项目由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头论...

中国科学家在空间站超冷原子物理实验柜里,用全光阱冷却技术把铷原子云的等效温度降到了9.7皮开尔文(pK)。这一温度比室温低了14个数量级,原子云能持续观测7秒。人类此前的低温纪录由此被打破,目前已知最冷的人造物质在中国空间站诞生,向绝对零度迈进了一大步。该项目由中国空间科学院空间应用工程与技术中心牵头论证管理集成、


▲科学家在中国空间站制备出最冷人造物质(部分内容由AI生成)


01



把原子冷到接近绝对零度,是物理学界已经持续百年的挑战。温度降下来后,原子的德布罗意波波长会拉长到几百微米这样可观察的尺度,原子云的相干性也随之大大增强。




到了这一步,量子规律不再只藏于微观粒子,而是“浮现”为可观测、可调控的物质形态。这既能为量子模拟提供纯净、灵活的实验平台,也能服务于高精度原子钟、原子干涉惯性测量、



空间站的微重力环境让冷却过程变得容易:束缚极弱就能完成,冷却效率明显提高,温度可以降得更低,持续观测的时间也更长。


具体做法是,科学家利用中国空间站超冷原子物理实验柜,先用全光阱把原子云“囚禁”起来,通过降低光强进行蒸发冷却,让原子云温度下降,再用非绝热扩散做深度冷却,最终实现了低温突破。


02



“中国方案”更有优势




跟国际上的“磁阱”路线比,这套“中国方案”做起来更难,可取之处却更突出。全光阱在太空环境里更容易实现对多束光的精准操控,也不怕磁场干扰,各种量子模拟实验都能兼容,工程上的可靠程度和科学上的可拓展空间都更好。


团队多年攻关,拿下了极高真空度物理系统、高功率光纤激光器、长期连续激光稳频、高精度集成物理光机等关键环节,把地面20m

3
、重10吨的实验系统装进了0.7m
3
、重0.5吨的超冷原子物理实验柜里。这台实验柜2022年研制成功,随“梦天”舱一起发射。


中国空间站超冷原子物理实验柜从2011年启动论证,到这次实验做成,前后一共15年。实验结果说明,我国在冷原子物理相关实验技术上已经达到国际最高水平,也说明中国空间站冷原子物理实验平台的创新性和优越性站得住脚。

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