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世界上人造最冷的物质能有多冷?经过16年攻关,中国科学家依托中国空间站超冷原子物

世界上人造最冷的物质能有多冷?经过16年攻关,中国科学家依托中国空间站超冷原子物理实验柜,成功制备出9.7皮开尔文的铷原子云,可观测时间达到7秒,刷新了人造低温世界纪录。我们为什么要不断逼近绝对零度?人类这套“终极制冷机”为何非要搬到太空去?
原子一直在永不停歇地做无规则热运动,绝对零度是0开尔文,也就是零下273.15摄氏度——理论上到这个温度,原子就“静止不动”。物理学告诉我们,人类永远没法真正抵达绝对零度,但每靠近一步,都意义重大。原子足够冷、慢下来、安静下来之后,潜力巨大,比如我们可以用它做成原子干涉仪,用来测重力、加速度,精度高到超乎想象。
这次中国空间站超冷柜的成果是9.7皮开尔文、可持续观测时间7秒,什么概念?1皮开尔文等于万亿分之一开尔文,相比我们日常室温低了14个数量级。地面上一般冷原子实验,原子温度通常只有微开尔文量级,这次的成果,相当于把探测信号放大了100万倍。这样一来,理论上就灵敏到能感知十米外一公斤物体带来的极其微弱的引力扰动。
灵敏度提升到这个级别,地球在它面前几乎是“透明”的。靠高精度重力测量,我们可以捕捉矿体、地下空洞、地下水造成的微小引力差别,给地球做引力“CT”;同时,我们能在更高精度下检验广义相对论预言的时空弯曲,甚至捕捉超轻暗物质留下的蛛丝马迹。
这种超高灵敏度原子干涉仪,还是高性能惯性导航的核心,不靠卫星信号,只靠自己感知加速度、姿态变化就能持续算出位置航向,未来有望支撑人类星际航行。