為研究量子氣體和原子干涉創(chuàng)造新機會

英國《自然》雜志10日發(fā)表一篇量子物理研究，加州理工學院科學家團隊報告成功在國際空間站上產(chǎn)生第五種物質(zhì)狀態(tài)——玻色-愛因斯坦凝聚，并測量了相關(guān)特性。太空中的微重力環(huán)境，讓人類得以在這種奇異物質(zhì)狀態(tài)中探索基礎(chǔ)物理學，同時為未來人類在太空執(zhí)行更宏大的任務奠定了基礎(chǔ)。

玻色-愛因斯坦凝聚是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時所呈現(xiàn)出的一種物質(zhì)狀態(tài)。在這樣的低溫下，原子成為具有量子特性的單一實體。玻色-愛因斯坦凝聚橫跨量子力學支配的微觀世界和經(jīng)典物理支配的宏觀世界，因此有望提供關(guān)于量子力學的基本洞察，但是受重力作用影響，難以對其進行精準測量。

美國加州理工學院科學家羅伯特·湯普森及其同事為了克服這些限制，在國際空間站上啟動并成功運行冷原子實驗室。他們描述了在微重力條件下制備的玻色-愛因斯坦凝聚，并測量了它們與在地球上觀測到的玻色-愛因斯坦凝聚之間的特性差異。

例如，前者的自由膨脹時間（在關(guān)閉陷阱后，原子盤旋并能被測量的時長）超過了1秒，而后者一般只有幾十毫秒?？捎^測時間的延長，可以提高測量的精準度。此外，在微重力條件下，原子能被較弱的力捕捉，從而有可能達到較低的溫度，此時奇異的量子效應就會變得愈加明顯。

2018年7月，美國國家航空航天局噴氣推進實驗室開始利用冷原子實驗室，嘗試在國際空間站上制造極端低溫。在僅比絕對零度高100納開爾文的狀態(tài)下，銣原子呈現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，不過當時冷原子實驗室尚處于調(diào)試階段，未正式開啟科研。

現(xiàn)在最新的結(jié)果表明，太空實驗室有益于未來研究超冷原子氣體。“在太空中成功制備出玻色-愛因斯坦凝聚，為研究量子氣體和原子干涉創(chuàng)造了新機會，也為未來更加宏大的任務鋪平了道路。”德國漢諾威萊布尼茲大學麥卡·盧切曼在相應的新聞與觀點文章中寫道。