國際空間站發現奇異物質—新聞—科學網

2020-11-26 科學網

 

 在近地軌道出現的玻色—愛因斯坦凝聚       圖片來源：《自然》

研究人員報告了在國際空間站上產生的第五種物質狀態——玻色—愛因斯坦凝聚。太空中的微重力環境讓科學家得以在這種奇異物質狀態中探索基礎物理學。6月11日，相關論文刊登於《自然》。

玻色—愛因斯坦凝聚是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時呈現的一種物質狀態。在這樣的低溫下，原子成為具有量子特性的單一實體。玻色—愛因斯坦凝聚橫跨量子力學支配的微觀世界和經典物理支配的宏觀世界，因此有望提供關於量子力學的基本洞察。然而受重力作用影響，人們難以對其進行精準測量。

為了克服這些限制，美國加州理工學院的Robert Thompson及同事在國際空間站上啟動並成功運行了冷原子實驗室。他們描述了在微重力條件下製備的玻色—愛因斯坦凝聚，並測量了它們與地球上觀測到的玻色—愛因斯坦凝聚之間的特性差異。例如，前者的自由膨脹時間（在關閉陷阱後，原子盤旋並能被測量的時長）超過1秒，而後者一般只有幾十毫秒。可觀測時間的延長，可以提高測量的精準度。此外，在微重力條件下，原子能被較弱的力捕捉，從而有可能達到較低的溫度，此時奇異的量子效應就會變得愈加明顯。

這些初步實驗表明，太空實驗室有益於未來研究超冷原子氣體。「在太空中成功製備出玻色—愛因斯坦凝聚，為研究量子氣體和原子幹涉創造了新機會，也為未來執行更加宏大的任務鋪平了道路。」德國漢諾瓦萊布尼茲大學的Maike Lachmann在相應的觀點文章中寫道。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1

 

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