NASA欲製造宇宙中最冷的點：研究超冷原子

這個盒子被稱為冷原子實驗室（Cold Atom Laboratory，CAL），具有激光器、真空室和一把電磁「刀」，能將氣體原子的能量消除，使其保持在極低溫的狀態。

美國航空航天局（NASA）計劃將一個小盒子送上國際空間站，並以此製造出宇宙中最冷的點。

這個盒子被稱為冷原子實驗室（Cold Atom Laboratory，CAL），具有激光器、真空室和一把電磁「刀」，能將氣體原子的能量消除，使其保持在極低溫的狀態。一旦原子在冷原子實驗室里降到足夠低的溫度，就會形成獨特的「超流體」物質狀態，稱為玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate）。

冷原子實驗室由NASA的噴氣動力實驗室研發，現在已經進入最後的組裝階段。根據計劃，這一裝置將在8月份由SpaceX公司的CRS-12龍飛船送往國際空間站。

如果是在地球上，重力的影響意味著這些現象的觀察只能進行極短的時間，甚至不到1秒。在國際空間站的微重力環境中，超冷原子能保持更長時間的波形

研究人員稱，冷原子實驗室可以將氣體原子冷卻到只比絕對零度高十億分之一度的極低溫度。「對這些超冷原子的研究將重塑我們對物質和引力基本性質的了解：」噴氣動力實驗室冷原子實驗室項目科學家羅伯特·湯普森（Robert Thompson）說，「用冷原子實驗室所做的實驗將使我們更深入認識引力和暗能量——宇宙中最為普遍的幾種作用力。」

在這樣極端的低溫下，氣體原子會處於玻色-愛因斯坦凝聚狀態。在這一狀態下，冷原子呈現為速度為0的「超流體」，它們可以毫無摩擦地移動，就像一整塊固體物質一樣。其次，這些原子看起來更像是波而不是粒子，因為成列的原子互相移動時會呈現出「神秘的波形」。不過，在此前的研究中，這些現象還從未在冷原子實驗室將達到的低溫中被觀察到。

NASA也從未在太空中實現或觀察到這些現象，而如果是在地球上，重力的影響意味著這些現象的觀察只能進行極短的時間，甚至不到1秒。在國際空間站的微重力環境中，超冷原子能保持更長時間的波形，使科學家有機會從容地觀察它們的行為。

冷原子實驗室由NASA的噴氣動力實驗室研發，現在已經進入最後的組裝階段。根據計劃，這一裝置將在8月份由SpaceX公司的CRS-12龍飛船送往國際空間站。圖中是攜帶無人龍飛船的獵鷹9號火箭。

研究人員預計，冷原子實驗室將使玻色-愛因斯坦凝聚有5到10秒鐘的觀察時間，未來或許可以達到數百秒時間。

「如果你把超流體水倒進杯子里然後轉動，這些水就會永遠旋轉下去，」冷原子實驗室項目管理人員安妮塔·森古普塔（Anita Sengupta）說：「沒有摩擦力使它慢下來或者消耗動能。如果我們能進一步理解超流體的物理學性質，或許就能進行更加高效的能量傳遞。」

一共有5個研究團隊計劃利用冷原子實驗室進行實驗，包括科羅拉多大學博爾德分校的埃里克·康奈爾（Eric Cornell）團隊，以及美國國家標準技術研究所的一個團隊——1995年一位諾貝爾獎得主在該實驗室製造出了玻色-愛因斯坦凝聚。

如果實驗成功，科學家將有望開發出更加先進的感測器、量子計算機和用於太空導航的原子鐘。此外，這些實驗還將為暗能量的研究提供線索。

「即使是擁有一切現有的技術，我們依然對95%的宇宙一無所知，」冷原子實驗室項目的管理人員Kamal Oudrhiri說：「就像伽利略第一台望遠鏡里的新鏡片，冷原子實驗室里的超冷原子具有巨大的潛力，能幫助我們解開許多目前已知物理學都無法回答的謎題。」

冷原子實驗室目前正在進行一系列測試，並準備運往卡納維拉爾角。噴氣動力實驗室測試方面的負責人戴夫·阿夫利納（Dave Aveline）說：「接下來幾個月里的地面測試非常關鍵，將確保我們可以在它處於太空時進行遠程操作和微調，並在接下來幾年裡從中獲取豐富的原子物理學信息。」

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