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在太空新“乐园”玩转量子力学
2018-05-17   来源:科技日报   作者:刘霞

  NASA将发射冷原子实验室,造出宇宙最冷之地

  在太空新“乐园”玩转量子力学

  本报记者 刘 霞

 

NASA冷原子实验室上的设施将使用激光器和其他技术,将原子冷却到绝对零度附近。

图片来源:英国《自然》杂志官网

  量子物理学家即将在太空拥有自己的“游乐场”。据英国《自然》杂志官网8日消息,美国国家航空航天局(NASA)的冷原子实验室将于5月20日发射升空,进入国际空间站。届时,它将成为目前宇宙中最冷的地方,研究人员将用它探测在地球上无法观察到的量子现象,如在太空制造“泡泡”“环”和“漩涡”等,从而以前所未有的方式“玩转”量子力学。

  研究人员指出,这可能促使科学家发现新物理学,推进前沿物理学的发展。

  宇宙间最冷之地:

  量子力学的“乐园”

  该实验室由NASA的喷气推进实验室(JPL)负责。研究人员称,冷原子实验室耗资8300万美元,主要目标是制造出名为“玻色—爱因斯坦凝聚体(BEC)”的独特“超流体”物质态,供科学家研究宏观尺度上的量子力学。

  BEC是数十万个原子组成的云,当被冷却到绝对零度附近时,数十万个原子的行动保持同步,就像单一的量子物体一样。该任务项目经理、喷气推进实验室的卡姆尔·奥德瑞自豪地表示:“能够在太空进行这些实验是一项巨大的成就。”

  在地球上,一般情况下,重力在几秒钟之内就会让BEC分崩离析。但如果它们漂浮在国际空间站,应该能“存活”至少10秒钟。这一时间足够让它们被冷却到创纪录的低温——可能只比绝对零度高20万亿分之一摄氏度。

  奥德瑞说,这是宇宙中已知最冷的温度。美国国家标准与技术研究院(NIST)原子物理学家格雷琴·坎贝尔说,更冷且更“长寿”的BEC将“推动前沿基础物理领域的研究,15年来,科学家一直期盼会产生新的物理学。”

  麻雀虽小五脏俱全:

  工具包大小的实验设备

  国际空间站可谓“寸土寸金”,所以工程师不得不压缩原子物理设备的大小,将填满一个大房间的设施压缩到一个冷藏箱大小的箱子内。该设备利用激光来冷却铷和钾原子,使它们几乎停滞不动;然后,用磁场捕捉原子云;最后,科学家将使用其他冷却技术——包括无线电波“刀”来剥离能量最高的原子等,将原子云冷却到更接近绝对零度的温度,从而创造出BEC。

  此外,工程师还必须设计屏蔽层,以保护脆弱的BEC免受密集组件和不断变化的地球磁场的干扰。而且,实验只有在国际空间站上的科研人员睡觉之后才运行,以尽量减少任何运动可能造成的干扰。

【编辑】:弋旭   【责任编辑】:弋旭
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