「宇宙最冷的點 現在在中國空間站」——中國科學家打破人類低溫紀錄

【點新聞報道】「2017年，美國記者寫過標題，說宇宙中最冷的那個點，在NASA的冷原子實驗室，但今天站在這裏，我想說，宇宙中最冷的點，應該在中國的空間站。」在中國科學院空間科學與應用總體部舉行中國空間站成果發布會上，北京大學電子學院教授周小計說。

在空間站超冷原子物理實驗櫃中，中國科學家率先利用全光阱冷卻技術，成功將銣原子云的等效溫度降至9.7皮開爾文（pk），較室溫降低了14個數量級，並可持續觀測7秒。這打破了人類迄今為止的低溫紀錄，製備出目前已知最冷人造物質——銣原子云，標誌着中國科學家向絕對零度邁進一大步。該項工作成果論文《太空中低於10皮開爾文的量子氣體》於11月6日在線發表於國際期刊《科學》。

該項目在中國載人航天工程辦公室、中國科學院的領導支持下，在一批院士專家的指導下，在工程各大系統大力協同下，由中國科學院空間應用工程與技術中心牽頭論證管理集成、北京大學與中國科學院上海光學精密機械研究所聯合完成。

中國空間站超冷原子物理實驗櫃項目從2011年開始論證，到2022年研製成功、隨「夢天」艙發射，如今取得重大突破，歷時15年。這是載人航天工程空間應用系統總體、科學團隊、工程團隊集智攻關、團結協作的結果。

最冷，究竟意味着什麼？

原子在永不停歇地做無規則熱運動，溫度的降低意味着運動速度的減慢。只有降低至接近絕對零度（零下273.15攝氏度）時，原子才被「凍」到幾乎靜止。當原子溫度被降低至納開爾文量級甚至更低、且密度足夠高時，它會呈現玻色-愛因斯坦凝聚等宏觀量子現象——原子們不再無規則地亂跑，而形成了一支整齊劃一的「儀仗隊」。這有助於科學家研究前沿物理問題，開展精密測量、量子計算、量子模擬等領域的研究應用。

「向絕對零度邁進，是物理學界持續百餘年的挑戰。在這條探索道路上，低溫研究和冷卻技術的相關成果，至少5次獲得諾貝爾物理學獎。」周小計說，「在空間站的微重力環境，可以在低於1赫茲的阱中捕獲到原子，從而為我們開展極低溫原子的量子模擬和量子精密測量提供了可能。」

「2017年，美國記者寫過標題，說宇宙中最冷的那個點，在NASA的冷原子實驗室，但今天站在這裏，我想說，宇宙中最冷的點，應該在中國的空間站。」在中國科學院空間科學與應用總體部舉行中國空間站成果發布會上，北京大學電子學院教授周小計說。（點新聞記者劉凝哲攝）

上一個「宇宙最冷的點」在哪裏？專家介紹，2018年5月，美國國家航空航天局（NASA）把冷原子實驗室（CAL）送上國際空間站，這是人類首個在軌運行的超冷原子設施。2021年，德國不來梅大學在落塔微重力環境下降至38皮開爾文；2022年，CAL在國際空間站上將銣原子云等效溫度降至52皮開爾文。

空間站「超級冰箱」刷新人類最冷紀錄

如今，最新紀錄由中國空間站的「超級冰箱」創造。由上海光機所牽頭研製的超冷原子物理實驗系統，正是一個能將溫度極限降低的「超級冰箱」。論文共同通訊作者、上海光機所研究員陳衛標介紹，這一裝置能幫助解決極低溫下量子氣體的相變、非平衡動力學、量子多體關聯、低維量子物理等基礎物理問題，推動對早期宇宙模擬、超輕暗物質探測等前沿課題的研究；超低溫原子可用於更高精度的原子干涉儀、量子傳感器和空間時頻基準，服務於地球重力場測量、慣性導航及基本物理常數檢驗。

《科學》審稿人評價，該工作「是超冷原子精密操控的重要里程碑，對基礎物理研究及空間導航、地球觀測等應用有重要價值，刷新了超低溫膨脹的最高紀錄。」

「中國科學家聯合工程團隊15年磨一劍，完成了從基礎研究到工程實現的跨組織、體系化攻關，取得國際最好指標。」中國載人航天工程空間應用系統總設計師、中國科學院空間應用工程與技術中心副主任呂從民表示，此次實驗結果超越國際同行，表明中國已達到國際冷原子物理相關實驗技術一流水平。我們歡迎世界各地科學家利用這台實驗櫃。