物质|空间站创造出奇异“物质第五态”
参考消息网6月13日报道外媒披露 ， 宇宙中最冷的地方之一——国际空间站上的一台设备——创造出奇异的物质第五态 。
据英国《新科学家》周刊6月11日报道 ， 冷原子实验室（CAL）于2018年被发射到国际空间站 ， 用于研究一种奇特的物质状态 ， 名为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC） 。这个手提箱大小的装置在一个真空舱里对铷原子和钾原子进行冷冻 ， 用激光来放慢其运动速度 。由此产生的原子云随后被磁场控制住 ， 它们被冷却到接近绝对零度的零下273摄氏度 ， 从而形成BEC 。
物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和萨蒂延德拉·纳特·玻色于20世纪20年代创立相关理论 ， 将这种冰冷物质的状态称为继固态、液态、气态和等离子态之后的物质第五态 。它是一种过冷气体 ， 不再表现为单个原子和粒子 ， 而是处于单一量子态的存在 。
德国汉诺威莱布尼茨大学的迈克·拉赫曼说：“这非常了不起 ， 因为它让你获得了一个肉眼可见的量子力学物体 。”
报道指出 ， 自1995年以来 ， BEC曾在地球上的各种实验中产生 ， 但它们都受到重力阻碍 ， 重力使原子云在顷刻间坍塌 。国际空间站的微重力环境使它们能在数秒间保持稳定 ， 科学家因而可对它们进行更详细的研究 。
美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室的罗伯特·汤普森及其同事一直在远程操作冷原子实验室 ， 他们近日公布了自己的初步研究结果 。虽然基本上仅证明这台机器能正常运转 ， 却让人对未来产生憧憬 。
报道称 ， 初步结果显示 ， BEC在轨道上的表现有所不同 。研究小组发现 ， 约一半原子围绕BEC主体形成了一个环状云团 。在地面上 ， 这些原子会因重力跌落 ， 但在国际空间站的微重力环境下 ， 云团始终保持悬浮 。
研究人员希望在不远的将来利用这项实验来观察量子级别的原子碰撞现象 。他们还希望通过监测原子运动过程中的扰动来探测被称为引力波的时空涟漪 。
报道认为 ， 再往后 ， 还可利用这项实验来验证其他理论 ， 比如爱因斯坦提出的等效原理 ， 即在给定的引力场中 ， 一切物体都具有同一加速度 。微重力环境下的实验可以揭示是否存在违背该原理的情况 。汤普森说：“不相信爱因斯坦通常是不明智的 ， 但对这些事进行验证始终很重要 。”
另据印度科技探险家网站6月11日报道 ， 发射并运行冷原子实验室之后 ， NASA开始在轨道上持续研究和开发量子技术 。这个多用途研究设施自2018年6月以来已随国际空间站飞行了4亿多公里 ， 由喷气推进实验室远程操作 。
科学家称在冷原子实验室创造出铷元素的BEC 。这种化学元素在外观、柔软度和导电性方面与钾和铯有相似之处 。
报道称 ， 当特定类型的原子被冷却到极低温度从而处于统一状态时 ， BEC就出现了 。但科学家几乎不可能在地球上研究BEC ， 因为地球上的重力会干扰让原子留在原地以供观察所需的磁场 。
德国航空航天中心量子技术研究所的莉萨·韦尔纳说：“能够在轨道上研究物质的这一奇特状态 ， 将帮助科学家了解基础物理学并使新的、更灵敏的量子测量手段成为可能 。怎么强调这项实验对科学界的重要意义都不过分 。”
来自加州理工学院的罗伯特·汤普森说：“在微重力环境下 ， 我们用小得多的力量就能控制住原子 ， 因为我们不必帮它们对抗重力 。在微重力环境下 ， 还能用较弱的磁场操纵原子 ， 加速其冷却过程并获得更清晰的图像 。”
该研究报告的作者们指出：“在轨道上成功形成BEC ， 为量子气体研究以及原子干涉测量带来新机遇 ， 为执行更宏大的任务铺平了道路 。”
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【物质|空间站创造出奇异“物质第五态”】NASA宇航员正在清理冷原子实验室（资料图片）
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