最冷物质为什么非要在空间站造?答案不在“冷”,在“失重”

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梦天舱里,一团铷原子被冷却到 9.7 皮开尔文。它只比绝对零度高 9.7×10⁻¹² 开尔文,比室温低约 14 个数量级,把此前国际团队 38 皮开尔文的纪录又往下推了一截,成为目前已知最冷的人造物质。新华网

很多人以为,太空本来就冷,把冰箱搬上去自然更容易。事实相反:空间站舱内是常温常压,实验柜也不靠舱外的低温制冷。它被叫作“超级冰箱”,一半因为柜子只有冰箱大小,一半因为它把原子冻得比任何冰箱都狠;真正帮它破纪录的,是空间站几乎抹掉了重力。

在地面,重力会把原子云往下拽。 要让原子悬在观测区里,就得用更强的束缚;可束缚本身会带入多余能量,温度反而难以下探,地面观测只能维持 0.05 秒。 原子云一放手,还没来得及充分膨胀,就掉出了观测范围。央视网新华网

到了微重力环境,原子可以自己飘着。团队用全光阱囚住铷原子云,靠降低光强做蒸发冷却,再用非绝热扩散继续降温。 需要测量时,把阱一关,让原子云自由膨胀。它膨胀得很慢,每秒几十微米;这一次,观测窗口是 7 秒。中国新闻网

7 秒不是“顺便多看了几眼”,而是这次实验的核心条件。《科学》论文用的词是“等效温度”:它不是把温度计插进原子云量出来的,而是从自由膨胀的速度反推出来的。 膨胀越慢,说明原子越安静;能安静 7 秒,才有机会观察玻色—爱因斯坦凝聚、量子多体关联这些平时被热噪声盖住的现象。Science

所以,“为什么要把超级冰箱搬去空间站”的答案,不是空间站更冷,而是那里的重力几乎消失了:原子不再被往下拉,实验才敢把束缚放松,才敢让原子云自由膨胀 7 秒。纪录是 9.7 皮开尔文,真正稀缺的是这 7 秒。

这台实验柜已经面向全球科学家开放共享。 纪录还会被刷新;能反复做出这样的 7 秒,才是更难的下一步。中国新闻网

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