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9.7皮开尔文:中国科学家造出“最冷物质”,冷到什么程度

中国科学家最近在太空做了一个很“冷”的实验:依托中国空间站的超冷原子物理实验柜,他们把一团铷原子冷却到9.7皮开尔文,并且让这团原子保持了7秒的可观测时间,刷新了人造低温的世界纪录。

9.7皮开尔文是什么概念?皮开尔文是万亿分之一开尔文。宇宙微波背景辐射大约是2.7开尔文,星际空间里最冷的地方也只有1开尔文左右。9.7皮开尔文,比宇宙里已知的任何自然区域都要冷上十几个数量级。

冷到这个程度,物质的行为会变得很奇怪。原子几乎停住,热运动被压到极低,量子效应开始主导——原子像波一样铺开,彼此之间还能发生干涉,形成所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态。这时候的原子云,更像一个宏观的量子物体。

为什么要费这么大劲?因为它是研究量子世界的“干净实验台”。在这种状态下,可以模拟凝聚态物理里难以计算的模型,可以做极高精度的测量——原子钟、重力仪、惯性导航,精度提升一点点,背后就是导航和授时的巨大进步。

为什么要在空间站做?因为地面有重力。原子在重力场里会往下掉,想让它待久一点很难。太空微重力环境下,原子云可以悬浮更长时间,7秒的可观测时间,在地面几乎做不到。这也是各国争相把冷原子实验搬上天的重要原因。

从技术上看,这个纪录不是单点突破,而是整套系统的胜利:激光冷却、蒸发冷却、磁阱、超高真空、空间站的振动与热控,每一环都得过关。能把铷原子云稳到这个水平,说明实验柜的工程成熟度已经很扎实了。

基础研究常常离生活很远,但它的价值往往在十年后才显现。今天的9.7皮开尔文,可能是明天的某种传感器、某台量子计算机、某个新物理理论的起点。

人类对“更冷”的追求,和对外太空的探索一样,本质上都是在拓展认知的边界。

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