我国科学家造出已知最冷人造物质
今天(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。我国科研团队利用中国空间站梦天舱的超冷原子物理实验柜,制造出已知最冷人造物质,刷新人类最低温物质纪录,朝着绝对零度再进一步。该研究成果今天在国际学术期刊《科学》发表。 在本次探索极低温实验中,科研团队利用全光阱冷却技术,成功将中国空间站超冷原子实验柜中的铷原子云等效温度降至9.7皮开尔文,这是室温下物质温度的约一百万亿分之一,并持续观测了7秒。这比2021年德国科研团队创造的铷原子云等效温度38皮开尔文要更加接近绝对零度,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再迈进一步。 在地球上做类似实验最大阻碍就是重力,重力会拉着原子往下掉,使其很难充分降温。而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。我国科研团队正是利用这一优势,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。 中国空间站超冷原子物理实验柜2022年研制成功,并随梦天舱运送至中国空间站。超冷原子物理实验柜既是一台“超级冰箱”,同时又是一个前沿科学“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、光学黏团技术对蒸汽中的铷原子进行初步冷却,再利用两级交叉光阱技术进行蒸发冷却和深度冷却。 我国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一系列关键技术,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实验装置装进了冰箱大小的空间里。 绝对零度,即零下273.15摄氏度,是宇宙里最低温度的下限。按照热力学第三定律,人类只能无限接近它,却永远无法真正达到。常温下,原子会不停地碰撞、振动,做着无规则热运动。但是科学家发现,当温度不断降低时,原子的运动会逐渐减慢,温度降低到接近温度的下限——绝对零度,零下273.15摄氏度,也就是0开尔文时,原子才会被“冻”到几乎静止。温度越低,原子运动速度就越慢,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。 我国科研团队这项新突破将有力推动早期宇宙模拟、超轻暗物质探测等前沿课题的研究,同时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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