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NASA将在太空制造宇宙最冷温度,仅比绝对零度高十亿分之一度

科学家将一小盒子发射到国际空间站,打算构建宇宙中最冷的地方。这个盒子被称为冷原子实验室(Cold Atom Laboratory),其中配有有激光器、真空室、电磁“刀”,这些可以抵消气体粒子的能量,可使原子冷却至极低温,比宇宙最冷的地方还要低1亿倍。

一旦这些原子在盒子内冷却后,将形成一种独特的“超流体”物质状态——玻色-爱因斯坦凝聚态。

该冷原子实验室由美国宇航局(NASA)所属的喷气推进实验室(Jet Propulsion Lab)创建。目前还处于装配的最后阶段,计划于今年8月由SpaceX CRS-12任务把它送上国际空间站。

根据负责该项目的科学家Robert Thompson,该装置可以把气体原子冷冻至仅为绝对零度之上约十亿分之一度。研究这些超低温原子有助于了解物质及引力的基本性质,甚至还能用于探索暗能量。

在这些极端温度下,原子将形成玻色-爱因斯坦凝聚态的状态。在这种状态下,凝聚体将是一种“超流体”,其粘度为零,这能使原子之间无摩擦地移动。另一方面,它们观测起来更像是波,而不是粒子。但是,根据NASA,科学家还没有在如此低温下观测过原子的行为。

NASA从未在太空中创造或观察到这种状态,而在地球上,引力的存在意味着观测时间非常短。然而,在国际空间站的微重力环境中,这些原子能维持波的形式更长时间,这样科学家就有充足的时间来观测它们的行为。

研究人员预测,该低温实验室将可使冷凝物的观测时间延长至5至10秒。在未来,这个时间或能延长至数百秒。

冷原子实验室的项目负责人Anita Sengupta指出,如果把超流体水放在一个玻璃杯中旋转,那超流体将会永远旋转下去,因为没有摩擦力消耗动能。如果我们能更好地理解超流体的物理性质,我们就能利用这些特性来更高效地传输能量。

五个团队计划利用这个实验室进行实验,包括来自科罗拉多大学博尔德分校和美国国家标准与技术研究所的物理学家Eric Cornell,他因于1995年在实验室中首次创造出玻色-爱因斯坦凝聚态而获得诺贝尔物理学奖。

这项实验成果将为用于宇航的传感器、量子计算机和原子钟的发展铺平道路。

此外,还能促进对暗能量的进一步研究。即便以人类目前的技术,对宇宙的了解仅仅是冰山一角,宇宙的95%是我们无法看到的。科学家表示,就像伽利略的第一台望远镜一样,冷原子实验室的超灵敏原子,有可能会揭开超出当前物理学认知的谜团。

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