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一种玻色-爱因斯坦凝聚体的创造表明实验室可以成功地利用空间的微重力，使科学家能够创造出诸如宇宙中最寒冷的地方等地球上不可能的现象。生产30微米的凝结水气泡以创造出新型漩涡，并可以安装原子干涉仪来工作。 物理学家在国际空间站制造了一个玻色-爱因斯坦凝聚体——它能让他们深入探索量子物理学的奥秘。 国际空间站是冷原子实验室的所在地——已知宇宙中最冷的地方之一。图源:美国宇航局和俄罗斯宇航局 25年来，物理学家一直在用一种由超冷原子构成的奇异物质状态来探索宏观尺度上的量子行为。现在，他们也可以在太空中做到。 图源：sohu 微观下玻色-爱因斯坦凝聚物 这项壮举——玻色-爱因斯坦凝聚物的创造——是美国宇航局耗资1亿美元的冷原子实验室背后的物理学家完成的，而该实验室于2018年6月开始在国际空间站运行。这些结果是一个原理证明，证明实验室能够成功地利用太空微重力，从而让科学家创造出在地球上不可能出现的现象。这个试验室正成为宇宙中已知的最冷的地方。 图源：sohu 马萨诸塞州北安普顿市史密斯学院的理论物理学家考特尼·兰纳特说:“我认为这是一项了不起的成就。”这些言论发表在了6月11日的《自然》杂志上。 超常行为 玻色-爱因斯坦凝聚最初创建于1995年，它是当原子云冷却到绝对零度以上时而形成的。在这个温度下，粒子的波状量子性质占主导地位，它们结合成一个单一的宏观量子物体，物理学家可以用它来研究超常行为。 在地球上，重力限制了对这些云的研究，因为除非强磁场抵消重力的影响，否则它们会很快消散。但是在微重力条件下，冷凝物持续时间更长，从而就可以进行更精确的研究。因为原子的弱磁性“陷阱”可以在太空中使用，物理学家可以将它们冷却到更低的温度，部分是通过利用一种技术，通过允许它们膨胀来冷却冷凝物。加州帕萨迪纳喷气推进实验室的冷原子物理实验室任务经理卡迈勒·乌德希尔说:“大多数量子物理学家会说冷原子实验很酷炫，但要让它们更酷，你必须把它们带到太空中实施。” 研究人员使用CAL的精密激光和高真空产生出的冷凝物，在绝对零度以上200万亿分之一度的温度下，可以存活超过一秒钟，与地球上一些最成功的实验不相上下。乌德希尔说，在未来的实验中，该团队计划降到创纪录的20万亿分之一度，并创造出持续5秒钟的冷凝物。这将使它成为已知宇宙中最冷的物质存在。 图源：baidu 洗碗机大小的实验室 冷凝物首次产生并不是在太空中。对暂时跨越障碍进入太空的火箭中的实验，以及那些在地球上使用落塔的火箭中的实验，已经存在过冷凝物在微重力条件下的行为迹象。”但是CAL是第一个永久存在于这种环境中的实验室，”马人·莫斯曼说，他是位于普尔曼的华盛顿州立大学的物理学家，”这应该是一系列太空冷原子实验室中的第一个。”她说，它的成功不是一个偶然事件；冷原子物理实验室将通常装满整个实验室的套件放入洗碗机大小的空间。 这些只是实验室的第一批结果。莫斯曼是利用冷原子物理实验室创造Efimov态的团队的一员，Efimov态是一组以三而不是二结合的粒子，长期以来一直吸引着物理学家的注意力。 其他团队也开始了实验，来创造只有在国际空间站环境中才有可能的现象。例如，Lannert的团队已经开始产生30微米宽的冷凝气泡。在地球引力的作用下，它们会聚集成碗状或煎饼状。她说，气泡的特征——薄而无边缘——意味着它们应该会产生漩涡，也就是众所周知的漩涡，具有特别的行为。“除非在无重力环境下，否则它的形状是不可能的。到目前为止，就我们所期望的而言，它看起来确实不错。” 图源：sina 太空心脏手术 该设施在一月份得到了惊人的升级，这确实已经是国际空间站有史以来最复杂的实验了。在八天的时间里，美国宇航局的宇航员克里斯蒂娜·科赫和杰西卡·梅尔安装了一个原子干涉仪，奥德里把这个过程比作在太空中进行心脏手术。干涉仪将一团云分成两个量子态——每个原子实际上同时存在于两个地方——然后将它们重新结合，产生一个干涉图样。这种模式对凝聚体周围的力起着敏感的测量作用，物理学家可以用它来测试自然的基本定律或寻找暗能量。奥德里说，5月份的测试表明，原子干涉仪正在按计划工作，当时冠状病毒的封锁意味着远程操作的冷原子物理实验室是美国唯一可操作的冷原子实验室。 图源：zol Lannert说，冷原子物理实验室的精巧性意味着必须在它的能力上做出妥协，它并不适合每个实验，但它适合多个项目的需要。她补充道:“但这种权衡是非常值得的。”它允许了没有自己庞大实验室的物理学家进行这些实验。“我们在一个小型的文科学院，却能够在这台机器上获取数据真是太令人兴奋了。” 作者:Elizabeth Gibney |
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