NASA要造出宇宙最冷之地，用於量子力學研究

來自專欄 TechPunk

同志們注意了，NASA 又在搞事情，把一個??冷原子實驗室送到國際空間站去，發射時間定在 5 月 21 日。

成功之後，這個實驗室將成為目前宇宙中最冷的地方。有多冷呢？NASA 冷原子實驗室上的設施將使用激光器和其他技術，將原子冷卻到絕對零度附近。

絕對零度是個啥概念？絕對零度相當於零下 459.67 華氏度，或零下 273.15 攝氏度！

冷原子實驗室（CAL）將在國際空間站上創造一個比太空真空度低 100 億倍的光點。

冷原子實驗室（CAL）是一個物理研究設施，由美國國家航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）在加利福尼亞州設計和製造，其尺寸跟冰箱差不多。

打造太空中的量子力學的樂園

據報道，冷原子實驗室耗資 8300 萬美元，主要目標是製造出名為「玻色—愛因斯坦凝聚體（BEC）」的獨特「超流體」物質態，供科學家研究宏觀尺度上的量子力學。

BEC 是一個特殊的「雲」，由數十萬個原子組成的，當被冷卻到絕對零度附近時，數十萬個原子的行動保持同步，就像單一的量子物體一樣。

好，現在問題來了，為啥這個實驗不能在地球上搞呢？這是因為，地球上有重力，在重力作用下，BEC 活不過幾秒。

但是到太空里就不同了，太空是微重力或無重力環境，所以 BEC 可以保持 10 秒左右，這個時間足夠將其冷卻到超低溫度。這可是重大突破啊，有可能在未來 15 年裡產生新的物理學！

麻雀雖小五臟俱全

首先這個麻雀必須的小，要知道國際空間站可是個寸土寸金的地兒啊，那的價格可比北京一環高多了，所以設備必須足夠小。

那就壓縮唄，費老勁能裝下一整個屋子的實驗設備擠進了一個冰箱大小的箱子里。

它會利用激光來冷卻銣和鉀原子，使它們幾乎停滯不動，然後，用磁場捕捉原子云。

最還要用到其它的冷卻技術，比如無線電波「刀」，用其來剝離能量最高的原子等，將原子云冷卻到更接近絕對零度的溫度，從而創造出 BEC。

別以為到了空間站就萬事大吉了，這個箱子還得嚴加保護，因為來自地球的磁場是很大的威脅，咋辦？做個保護層唄。

而且，實驗只有在國際空間站上的科研人員睡覺之後才運行，以盡量減少任何運動可能造成的干擾。

其實本來科學家們是完成更加複雜的實驗的，但因為複雜設備在研發時出了問題。本來科學家們想執行基於太空的原子干涉測量。

簡單解釋下，將 BEC 的量子波分成兩部分並重新組合，得到的干涉圖案讓科學家可以更精確地分析重力的影響，也能讓他們測試 BEC 是否可用作極為靈敏的旋轉和重力感測器。

不過科學家們還在研發更加高級的設備，預計高級套件會在 2019 年抵達國際空間站。

氣泡和漩渦

這將成為量子力學的福地，因為重力條件跟地球完全不一樣，所以會有截然不同的實驗效果。

屆時，將有 5 支研究團隊使用這一實驗室進行實驗。其中一個團隊計劃使用無線電波和磁場，讓 BEC 形成約 30 微米的氣泡形。

要說的時空間站實驗室里形成的氣泡和地球上形成的氣泡一定是不同的，在地球上 BEC 會形成圓盤或球體。

史密斯學院理論物理學家科特尼蘭·內特說，在空間站很可能形成一種名為「渦流」的旋渦。

但是地球上，當流體下落產生氣泡的過程總是會以碗形狀結束。除非擺脫重力影響，不然無法形成渦旋。

核物理學家對這一結構非常感興趣，因為它們與由中子和質子構成的罕見的三粒子核類似，而科學家目前對三粒子核知之甚少。

所以這個實驗室未來會給我們帶來更多的驚喜！