挑戰絕對零度！NASA冷原子實驗室升空，將創造宇宙有史以來最低溫度

根據熱力學第三定律，絕對零度是宇宙中永遠無法突破的極限溫度，但科學家從沒有停止過對絕對零度的挑戰。為了創造出世界上最低的溫度，NASA剛剛向國際空間站（ISS）運送去了一台特別的科學儀器，它將創造出有史以來宇宙中的最低溫度。

這一儀器叫做「冷原子實驗室（Cold Atom Laboratory）」，其內置的激光與磁鐵裝置可以將原子云冷卻到絕對零度以上約1/10億攝氏度，此時原子移動非常緩慢，表現出微量子現象。通過這種方法可以幫助科學家研究超冷原子的特異量子特性。

冷原子是將原子保持在一個極低溫的狀態（接近絕對零度，0K），一般來說其典型溫度在百納開左右。在這樣的低溫狀態下，原子的量子力學性質變得十分重要。在地球上，要到達如此低的溫度，需要好幾種技術的配合使用。首先將原子囚禁於磁光阱中，並用激光冷卻預冷。再利用蒸發製冷，以達到更低的溫度。

冷卻到絕對零度附近的原子云也叫做玻色-愛因斯坦凝聚體。這種獨特的物態在地球上也能夠製備，但由於地球引力的存在，玻色-愛因斯坦凝聚體會在瞬間消失，通常只能觀測到幾分之一秒。而國際空間站的微重力環境將克服這一重大問題，位於地球上的科學家能夠遠程操作儀器，觀測玻色-愛因斯坦凝聚體長達10秒。這也將成為迄今為止觀測時間最長的一次。

玻色-愛因斯坦凝聚體是一種超流體，其粘度為零。研究人員Anita Sengupta表示，如果把超流體放入杯中，並令它旋轉起來，那麼它會永遠旋轉下去（分子間沒有摩擦力來消耗動能）。如果我們能更好地理解超流體的物理性質，那將對我們學習使用這些性質以更有效地傳遞能量提供巨大的幫助。

此外，這一研究還能幫助我們提高對超導性，以及超導量子干涉器件、量子計算機和激光冷卻原子鐘等裝置的應用。冷原子可以被精確的操控，可以用於研究量子信息學，冷原子系統是實現量子計算的眾多方案中非常有前景的之一。它甚至可以幫助我們檢測和理解暗能量——一種加速宇宙的膨脹的未知能量，最終重塑人類對物質和重力的基本性質的理解。

冷原子實驗室並不是此次運往國際空間站的唯一科學儀器。火箭還將攜帶手持六分儀來測試緊急恆星導航技術，還有生物分子測序儀，用於對國際空間站上發現的微生物進行測序。

文/朱張航宇

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