本月是科學家們首次製造出第五種物質狀態的25年！

本月是科學家們首次製造出第五種物質狀態的25年，它具有與固體、液體、氣體和等離子體完全不同的特性。這項成就獲得了諾貝爾獎，改變了物理學。

《自然》雜誌上的一項新研究建立在這一遺產的基礎上。宇航局的冷原子實驗室成為第一個在地球軌道上產生第五種物質狀態的設施，稱為玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）。作為國際空間站的基礎物理設施，冷原子實驗室將原子冷卻到超冷的溫度，以便以地球上不可能的方式研究它們的基本物理性質。現在，任務小組報告了這個獨特的實驗室建立和運行的細節，以及他們朝著利用微重力照亮量子世界新特徵這一長期目標的進展。

不管你知不知道，量子科學每天都在影響著我們的生活。量子力學是物理學的一個分支，主要研究原子和亞原子粒子的行為，它是許多現代技術的基礎部分，包括手機和計算機，這些技術利用了矽中電子的波動特性。雖然第一個量子現象是在一個多世紀前被觀測到的，但科學家們仍在研究我們宇宙的這個領域，甚至可以追溯到第一批玻色-愛因斯坦凝聚體被製造出來的時候，物理學家們就認識到在太空中工作可以為研究這些量子系統提供巨大的優勢，在這方面已經有過一些集中的演示，但是現在隨著冷原子實驗室的持續運行，我們發現通過日復一日地在軌道上進行這些長時間的實驗，我們可以獲得很多好處，原子越冷，運動越慢，研究起來就越容易。像Cold atom Lab這樣的超冷原子設施將原子冷卻到絕對零度以上的幾分之一度，或者理論上它們將完全停止運動的溫度。

冷卻原子也是產生玻色-愛因斯坦凝聚體的唯一途徑。科學家們在真空中產生BEC，因此在地球上，原子被重力拉下，很快落在腔室的底部，通常將觀察時間限制在一秒鐘以內。在空間站的失重狀態下，BEC可以漂浮，這和船上的太空人沒什麼兩樣。在冷原子實驗室，這意味著更長的觀察時間。與固體、液體、氣體和等離子體不同，BEC不是自然形成的。對於量子物理學家來說，它們是一個有價值的工具，因為BEC中的所有原子都具有相同的量子特性，因此它們共同表現出通常只由單個原子或亞原子粒子顯示的特性。因此，BEC使這些微觀特徵在宏觀尺度上可見

以前的超冷原子實驗使用探空火箭，或是從高塔頂部扔下他們特別設計的硬體，以創造幾秒鐘或幾分鐘的失重狀態，就像零重力飛機那樣。站在空間站上的冷原子實驗室為科學家們提供了數千小時的微重力實驗時間。這使他們能夠多次重複實驗，並在實驗中發揮更大的創造力和靈活性。

「有了冷原子實驗室，科學家們可以實時看到他們的數據，並在短時間內對他們的實驗進行調整，」噴氣推進實驗室（JPL）冷原子實驗室科學，這種靈活性意味著我們能夠快速學習，並在出現新問題時解決這些問題。

太空中的超冷原子設施也應該能夠達到比地球實驗室更冷的溫度。一種方法是簡單地使超冷原子云緩慢膨脹，這會使它們變冷，而且在沒有重力把原子拉到地面的情況下更容易做到。

較長的觀測時間和較低的溫度都為深入了解原子和BEC的行為提供了機會。在地球上，只有在充滿專用硬體或高塔的整個房間裡進行實驗，才能獲得最冷的溫度和最長的觀測時間。這個洗碗機大小的冷原子實驗室還沒有在這些方面創造新的記錄，但它的基本能力是最先進的，它把一個超大實驗室的能力捆綁在一個小包裝裡，冷原子實驗室已經成功運行了兩年，太空人最近幫助升級了這個設施，他們使用了一種叫做原子幹涉儀的新工具，利用原子精確測量力，包括重力。該研究小組最近證實，新儀器工作正常，這使它成為第一個在太空工作的原子幹涉儀。