英国《自然》杂志10日发表一篇量子物理研究,加州理工学院科学家团队报告成功在**空间站上产生第五种物质状态——玻色-爱因斯坦凝聚,并测量了相关特性。太空中的微重力环境,让人类得以在这种奇异物质状态中探索基础物理学,同时为未来人类在太空执行更宏大的任务奠定了基础。
玻色-爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近..零度时所呈现出的一种物质状态。在这样的低温下,原子成为具有量子特性的单一实体。玻色-爱因斯坦凝聚横跨量子力学支配的微观**和经典物理支配的宏观**,因此有望提供关于量子力学的基本洞察,但是受重力作用影响,难以对其进行**测量。
美国加州理工学院科学家罗伯特·汤普森及其同事为了克服这些限制,在**空间站上启动并成功运行冷原子实验室。他们描述了在微重力条件下制备的玻色-爱因斯坦凝聚,并测量了它们与在地球上观测到的玻色-爱因斯坦凝聚之间的特性差异。
例如,前者的自由膨胀时间(在关闭陷阱后,原子盘旋并能被测量的时长)超过了1秒,而后者一般只有几十毫秒。可观测时间的延长,可以提高测量的**度。此外,在微重力条件下,原子能被较弱的力捕捉,从而有可能达到较低的温度,此时奇异的量子效应就会变得愈加明显。
2018年7月,美国**航空航天局喷气推进实验室开始利用冷原子实验室,尝试在**空间站上制造极端低温。在仅比..零度高100纳开尔文的状态下,铷原子呈现玻色-爱因斯坦凝聚态,不过当时冷原子实验室尚处于调试阶段,未正式开启科研。
现在.新的结果表明,太空实验室有益于未来研究超冷原子气体。“在太空中成功制备出玻色-爱因斯坦凝聚,为研究量子气体和原子干涉创造了新机会,也为未来更加宏大的任务铺平了道路。”德国汉诺威莱布尼兹大学麦卡·卢切曼在相应的新闻与观点文章中写道。