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聯合新聞網
1小時前

超越德國研究!大陸在太空站製造出已知最冷人造物質

大陸科學研究團隊,已經在大陸太空站中的實驗設備裡,製造出已知最冷的人造物質,利用全光阱冷卻技術,成功將超冷原子實驗櫃中的銣原子雲等效溫度降至9.7皮開爾文(pk),較德國團隊2021年的成果更接近「絕對零度」。

綜合央視新聞、中新社、央廣網等報導,大陸中國科學院空間應用工程與技術中心6日發布最新科研成果。科研團隊利用大陸太空站夢天艙的超冷原子物理實驗櫃,製造出已知最冷人造物質,刷新人類最低溫物質紀錄,朝著「絕對零度」再進一步,該研究成果今天發表在國際學術期刊《科學》。相關實驗由中國科學院空間應用工程與技術中心牽頭論證管理集成、北京大學與中國科學院上海光學精密機械研究所聯合完成。

報導指出,在本次探索極低溫實驗中,科研團隊利用全光阱冷卻技術,成功將大陸太空站超冷原子實驗櫃中的銣原子雲等效溫度降至9.7皮開爾文,這是室溫下物質溫度的約一百萬億分之一,並持續觀測了7秒。這比2021年德國科研團隊創造的銣原子雲等效溫度38皮開爾文要更加接近「絕對零度」,也就是千億分之一開爾文,比室溫低14個數量級。

北京大學電子學院教授、科學實驗系統首席科學家陳徐宗介紹,超冷櫃的特色是獲得「宇宙中最低的溫度」、得到愛因斯坦1925年預言的第5種物質狀態、利用這種宇宙中最冷的物質開展科學實驗。

他強調,「在冷卻方案和科學實驗上,我國的實驗櫃和美國空間站(太空站)的CAL(冷原子實驗室)不同」。美國CAL用傳統的磁場加射頻場的方法蒸發冷卻;中國大陸則採用「三維全光阱的方案」進行兩級冷卻,在起始獲得溫度上比美國方案更低,而且可以更方便地進行量子模擬等各種實驗。

北京大學電子學院助理研究員、科學實驗系統副主任設計師熊煒則指出,「美國CAL於2018年5月發射,目前報導的結果是52pK,中國方案提出的指標比較保守(優於100pK)」。實際上,科學家在地面上已經獲得了溫度在百pK量級的冷原子氣體,預計在太空站微重力環境下,溫度能低一兩個量級(約10pK)。

報導指出,大陸太空站超冷原子物理實驗櫃2022年研製成功,並隨夢天艙運送至大陸太空站。大陸團隊把原本地面上20立方公尺、重達10噸的實驗系統,集成壓縮至0.7立方公尺、500公斤,相當於把一間屋子大小的實驗裝置裝進了冰箱大小的空間裡。

而「絕對零度」即零下273.15攝氏度,是宇宙裡最低溫度的下限。按照熱力學第三定律,人類只能無限接近它,卻永遠無法真正達到。當溫度降低到接近溫度的下限「絕對零度」也就是0開爾文時,原子才會被「凍」到幾乎靜止。溫度愈低,原子運動速度就愈慢,當原子慢到一定程度,就會湧現出很多奇妙的物理現象,幫助科學家看清微觀世界裡平時難以捕捉的規律。

報導提到,大陸科研團隊這項新突破將有力推動早期宇宙模擬、超輕暗物質探測等前沿課題的研究,同時相關技術也可用於研製更高精度的原子干涉儀、量子感測器和空間原子鐘,服務於地球微重力測量、慣性導航以及基本物理常數檢驗。

新聞來源:https://udn.com/news/story/7333/9861019