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2026-11-06 12:50:06 来源:新华网

新华社北京11月6日电 题:迈向绝对零度 中国空间站制备出已知最冷物质

新华社记者胡喆

零下273.15摄氏度,是物理学定义的绝对零度,吸引全世界科学家百年来不断奔赴的温度极限。如今,中国空间站的实验柜内,人类距离这个极限又近了一大步。

记者11月6日从中国科学院获悉,中国科学家在空间站梦天舱超冷原子物理实验柜,把铷原子云冷却至9.7皮开尔文,也就是千亿分之一开尔文,比室温低14个数量级,可稳定观测7秒,刷新此前国际科研团队38皮开尔文的纪录,诞生目前人类已知最冷人造物质。

北京大学电子学院教授陈徐宗表示,温度的本质,是原子的热运动。原子跑得越慢,温度就越低。地面上,重力会拉扯原子云向下坠落,想要深度冷却,就要施加更强束缚,反过来带入多余能量,限制温度继续下探,地面观测仅能维持0.05秒。而在空间站微重力环境,原子云自在漂浮,只需极弱约束,就能实现深度冷却。

这台藏在空间站里的“超级冰箱”,是科研人员的奇迹“瘦身”之作。原本地面一间房屋大小、重达10吨的实验系统,被压缩成0.7立方米、0.5吨重的空间科学实验设施。

中国科学院上海光学精密机械研究所党委书记、研究员陈卫标介绍,工程的挑战性在于,在航天级严苛要求下把多项尖端的技术集中实现。超冷原子物理实验系统涉及原子物理学、激光技术、精密光学设计、超高真空技术、自动控制技术、航天工程学等诸多领域。

“打个比方,我们需要把二十几束激光精确地汇聚到一个几十微米的原子云上,误差不能超过5微米,约十分之一头发丝的粗细。”中国科学院上海光学精密机械研究所研究员李唐表示,如此复杂精密的仪器还需满足航天高集成、低功耗、高可靠性的要求,并通过航天级试验,才能发射到空间站。超冷原子物理实验取得目前的结果,也证明了工程研制的成功。

北京大学电子学院教授周小计介绍,不同于国际通行的原子芯片磁阱路线,中国团队选择难度更高的全光阱冷却技术,抗磁场干扰,适配光晶格实验,拓展能力更强。为实现这一突破,项目从论证到在轨取得成果,整整走过15年,几代科研人员接续攻关。

当原子被冷却到接近绝对零度,就会跳出日常的物理规律,出现玻色-爱因斯坦凝聚这类奇妙的宏观量子现象。无序乱跑的原子,变成整齐划一的“量子仪仗队”。北京大学助理研究员熊炜说,7秒的观测窗口,相比地面实现百倍提升,给捕捉微弱的新奇物理现象留出充足时间。

这份成果不只是实验室里的数字。受访专家表示,在科学意义上,这一成果将帮助解决极低温下量子气体的相变、非平衡动力学、量子多体关联等基础物理问题,推动对早期宇宙模拟、超轻暗物质探测等前沿课题的研究;在应用意义上,超低温原子可用于更高精度的原子干涉仪、量子传感器和空间时频基准,服务于地球重力场测量、惯性导航及基本物理常数检验,未来将有助于提升我国在空间量子科技领域的国际竞争力。

相关论文发表于国际学术期刊《科学》。《科学》审稿人评价,这项工作代表超低温膨胀领域当前最高水平。昔日的纪录保持者也对中国方案表示惊叹。

中国载人航天工程空间应用系统总指挥、中国科学院空间应用工程与技术中心副主任(主持工作)王强表示,如今,我们欢迎全世界科学家,利用中国空间站这台顶尖超冷原子实验平台进行实验研究。迈向绝对零度的征途上,中国以开放姿态,和全球同行一起,叩问宇宙与微观世界的奥秘。

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