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这个盒子可能成为宇宙中最冷的地方!

 博科园 2020-02-14

天文物理

群星璀璨、万物有理

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美国国家航空航天局准备用激光将原子“冻结”在轨道上,创造宇宙中最冷的地方——低于绝对零度的十亿分之一,这是国际空间站(ISS)的最低温度。冷原子实验室(CAL)是一种小型的啤酒冷却器大小仪器,它利用激光产生的超冷环境比真空的温度低100亿倍。卡尔体内的温度如此之低以至于原子几乎静止不动,然后卡尔用磁铁捕捉慢速的原子,这样科学家就能观察到它们的运动以及它们是如何相互作用的。

冰冷的原子实验室(CAL)将在国际空间站上创造出一个比真空更冷100亿倍的地点。图片:NASA/iGoal Animation

但是,即使是超古老的原子也会屈服于地球引力,所以当在地球上进行卡尔实验时,科学家们一次只能观察到一秒钟的慢动作原子。美国宇航局官员在一份声明中说,5月21日)美国航空航天局向太空发射了太空飞船“天鹅座”。一旦安装在微重力环境中,CAL将会远程地向科学家展示慢化的原子,比地球上可能的时间长几秒钟,使他们能够更好地理解原子的量子行为。

NASA的声明称:这项研究的结果可能会带来一系列改进的技术,包括用于航天器导航的传感器、量子计算机和原子钟。太空的真空是冷的,大约零下455华氏度(零下270.55摄氏度)。但是卡尔的温度会更低:接近绝对零度(绝对零度是零下459.67华氏度,或零下273.15摄氏度)。NASA的代表解释说,在这种温度下,原子的速度变慢以至于它们开始进入相同的量子态,表现出与彼此相同的能量。

它们的行为变得更像波,它们开始像一排舞者一样同步——这是一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的现象。在国际空间站的微重力条件下,原子被期望能保持这种状态长达10秒钟,这为研究人员提供了观测从未见过的量子行为的可能性。卡尔可以捕捉三种类型的原子,供科学家研究——铷和钾的两种同位素——在几秒钟内冷却它们以接近静止,并将它们置于磁性陷阱中,以便科学家们在地球上观测。一旦CAL到达国际空间站并安装完毕,宇航员的工作就会完成;然后卡尔将从地面远程操作。

美国航空航天局的代表报告说,在空间站工作人员睡觉的时候,实验将会在每天6.5小时的时间内进行,以尽量减少对空间站微重力的干扰。一旦实验开始,如果温度像预期的那样冷,CAL将会打破目前世界上最冷的地方的记录:Boomerang星云,位于5000光年之外,零下458华氏度(零下272摄氏度)。

博科园-科学科普|文:Mindy Weisberge/Live Science

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