據報導，近日國際空間站上的太空人創造了一種罕見的物質狀態——一種在地球上不能長時間存在的狀態。
發表在《自然》雜誌上的一項新研究表明，科學家們利用一個名為冷原子實驗室(CAL)的小型設備製造了罕見的玻色-愛因斯坦凝聚態(BECs)，也被稱為物質的第五態。
CAL能夠將真空中的原子冷卻到絕對零度以上100億分之一的溫度——比星際空間的溫度還要低。
這就是為什麼CAL——該設備僅有床頭櫃大小——被認為是已知宇宙中最冷的地方之一。
當一組原子的溫度幾乎達到零時，BECs就出現了。這些原子的氣態雲會集體行動，而不是單獨行動。
早在95年前，阿爾伯特·愛因斯坦和印度數學家、物理學家薩蒂揚德拉·納特·博斯就預言了這種物質的存在，但直到1995年才在實驗室中被觀測到。
這一概念表示，當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時，它們將集聚到能量最低的同一量子態。此時，所有的原子就像一個原子一樣，具有完全相同的物理性質。
第一批實現BEC的幾個研究小組分別來自美國科羅拉多大學實驗天體物理聯合研究所、美國萊斯大學、麻省理工學院(MIT)，他們分別獨立宣告在實驗上觀察到了玻色-愛因斯坦凝聚現象。
目前，全世界已經有數十個實驗室實現了9種元素的BEC。主要是鹼金屬，還有氦原子，鉻原子和鐿原子等。
在太空中製造BECs之所以至關重要，是因為在地球上，引力將它們拉向地面，使它們在幾分之一秒內消失。
然而，在微重力空間中創建BECs時，BECs的壽命更長——原子會變慢，它們的波長會對齊，這使得我們可以更長時間地研究它們。
該研究的主要作者、美國宇航局噴氣推進實驗室的科學家大衛·阿夫琳(David Aveline)表示:「人們很早就認識到微重力遲早會派上用場，進入太空會在測量時間方面給我們帶來很多好處。」
過去，科學家們已經在地球上進行了一些相當基本的測試來實現微重力——包括在不萊梅大學的應用空間技術和微重力中心使用一個特製的塔，研究人員從高處扔下物體來模擬微重力狀態。
參與實驗的Maike Lachmann說，有了CAL, BECs的生成速度「驚人地快」。
這是因為有了CAL，「你不需要冷卻大的物體，只是一個微小的原子云，」意味著整個過程大約需要兩秒鐘。
CAL實驗的成功標誌著BECs成為超靈敏儀器基礎的第一步，這些儀器可以探測到來自我們宇宙中最未知的方面的最微弱的信號，比如引力波和暗能量。
Aveline表示，BECs有更多的實際應用，「從加速度計、地震檢波器到陀螺儀。」
太空中的冷原子實驗室
一個多世紀以來，追求過冷溫度已經成為物理學的一個重要主題。有了低溫條件，科學界出現了不少重要突破：如超流態和超導的發現，雷射冷卻技術的發展，超流費米氣體等。
除了對這些現象的科學方面的極大興趣之外，這些進展也成為一些重要設備的核心，這些設備包括超導量子幹涉設備(SQUIDS)、雷射冷卻原子鐘和基於原子幹涉計的傳感器，如用於全球重力測繪的重力梯度儀。
2011年NRC的十年調查報告建議了一系列的基礎物理學的高度優先領域，包括與物理學和量子氣體的應用相關的研究。
冷原子實驗室(CAL)是一個多用戶設施，旨在研究國際空間站(ISS)微重力環境下的超冷量子氣體。
該設施的主要目標之一將是探索以前難以達到的極低溫狀態，在那裡可以期待有趣和新奇的量子現象。
冷原子實驗室(CAL)是一個在國際空間站(ISS)上運行的基礎物理用戶設施。研究人員能夠在沒有太空人協助的情況下遠程進行實驗，每天有多達6.5小時的實驗時間。
2018年5月21日，CAL在美國宇航局維吉尼亞州的瓦勒普斯飛行中心搭乘一艘軌道ATK天鵝座飛船，搭載安塔爾火箭成功發射到國際空間站。
CAL是由NASA的噴氣推進實驗室設計和建造的，代表NASA的空間生命和物理科學研究和應用(SLPSRA)部門，國際空間站項目辦公室也為CAL的發展提供了資金。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
參考資料：
https://www.rt.com/news/491516-iss-astronauts-create-fifth-state-of-matter/
https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/