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NASA冷原子实验室将打破宇宙最低温纪录
2018-07-17
 [本站2018年6月27日综合报道]美国国家航空航天局的冷原子实验室(CAL)虽然只有一个手提箱那么大,其内部的构造却极为特殊。NASA计划在国际空间站上使用该装置将原子暴露在高于绝对零度十亿分之一度的温度下。冷原子实验室内的温度比宇宙空间更低,它可以揭示原子和亚原子粒子在超低温条件下的物理特性,启迪量子物理学研究。
  冷原子实验室将使用真空室、激光器和电磁波降低气体粒子的速度,直到它们几乎不再移动,从而减少粒子能量,开始深度冷冻。
  NASA喷气推进实验室冷原子实验室项目科学家表示,当原子逐渐降温时,它们的量子特性变得更加明显。一旦温度骤降至绝对零度附近,原子会变得更加怪异,形成玻色-爱因斯坦凝聚态(一种奇怪的超流体粒子态,由于物质波波长重叠,其行为更像波而不像粒子)后,违背了一般物理定律,此时就转由量子物理学接管。超流体是一种粘度为零的流体,其中的原子在无摩擦的情况下移动。
  在这种状态下研究原子可以解开量子的奥秘,例如为什么同一个粒子可以同时存在于两个地方。在地面,地球引力使玻色-爱因斯坦凝聚态只能持续几分之一毫秒;而在太空中,微重力可使原子停留在超流体波中达5~10秒之久。了解超流体的物理性质可以帮助我们发现如何更有效地传递能量。
  研究人员表示,研究这些超冷原子可以重塑人们对物质和重力基本性质的理解。“在冷原子实验室中开展的实验将让我们了解重力和暗能量——它们是宇宙中最普遍的力量。”
  超流体物理学的进一步应用可以提升航天器导航技术,包括传感器、原子钟和量子计算机性能的提升。
  冷原子实验室已经发射到国际空间站上,预计将在9月下旬开始量子试验。(中国航天系统科学与工程研究院 李薇濛)

 

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