中国造出已知最冷人造物质!温度降至9.7皮开尔文

11月6日,中国科学院空间应用工程与技术中心发布中国空间站最新科研成果。我国科研团队利用梦天舱超冷原子物理实验柜,成功将铷原子云等效温度降至9.7皮开尔文,创造出已知最冷人造物质,研究成果在国际学术期刊《科学》发表。

中国科学家团队宣布造出已知最冷人造物质

9.7皮开尔文相当于室温下约一百万亿分之一的温度。科研团队利用全光阱冷却技术,在持续观测7秒内保持了这一超低温。这比2021年德国科研团队创造的铷原子云等效温度38皮开尔文更加接近绝对零度。

微重力环境是实现这一突破的关键。在地球上做类似实验的最大阻碍是重力会拉着原子往下掉,使其很难充分降温。而在中国空间站微重力环境里,原子可以悬浮起来,不用很强的外力束缚就能冷却到更低温度。我国科研团队从地面远程操控空间站超冷原子实验柜的设备,实现了这一基础研究领域的重要突破。

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超冷原子物理实验柜于2022年研制成功,随梦天舱运送至中国空间站。它既是一台”超级冰箱”,也是前沿科学”微型实验室”。在这里,金属铷先经过加热蒸发释放出铷蒸汽,借助磁光阱、光学黏团技术进行初步冷却,再利用两级交叉光阱技术进行蒸发冷却和深度冷却。

科研团队历经多年艰苦攻关,攻克超高真空环境获取、高功率光纤激光器研制等关键技术,把原本地面上20立方米、重达10吨的实验系统集成压缩至0.7立方米、500公斤,相当于把一间屋子大小的装置装进了冰箱大小的空间里。

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绝对零度即零下273.15摄氏度,是宇宙最低温度的下限。按照热力学第三定律,人类只能无限接近它,永远无法真正达到。常温下,原子不停碰撞振动,做着无规则热运动。当温度不断降低时,原子运动逐渐减慢。当温度降低到接近绝对零度(零下273.15摄氏度,即0开尔文)时,原子才会被”冻”到几乎静止。温度越低,原子运动速度越慢,当原子慢到一定程度,就会涌现出很多奇妙的物理现象,帮助科学家看清微观世界里平时难以捕捉的规律。

这项突破将推动早期宇宙模拟、超轻暗物质探测等前沿课题研究。相关技术也可用于研制更高精度的原子干涉仪、量子传感器和空间原子钟,服务于地球微重力测量、惯性导航以及基本物理常数检验。

该项目由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头论证管理集成,北京大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合完成。

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