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宇宙间最冷之地:量子力学的“乐园”

2018-05-21 01:27:00来源:北京赛车官网

  量子物理学家行将在太空具有自己的“游乐场”。据英国《自然》杂志官网5月8日音讯,美国国度航空航天局(NASA)的冷原子实验室将于5月20日发射升空,进入国际空间站。届时,它将成为目前宇宙中最冷的中央,研讨人员将用它探测在地球上无法察看到的量子现象,如在太空制造“泡泡”“环”和“漩涡”等,从而以史无前例的方式“玩转”量子力学。

  研讨人员指出,这可能促使科学家发现新物理学,推进前沿物理学的展开。

  宇宙间最冷之地:量子力学的“乐园”

  该实验室由NASA的喷气推进实验室(JPL)担任。研讨人员称,冷原子实验室耗资8300万美圆,主要目的是制造知名为“玻色—爱因斯坦凝聚体(BEC)”的共同“超流体”物质态,供科学家研讨宏观尺度上的量子力学。

  BEC是数十万个原子组成的云,当被冷却到绝对零度左近时,数十万个原子的行动坚持同步,就像单一的量子物体一样。该任务项目经理、喷气推进实验室的卡姆尔·奥德瑞自豪地表示:“能够在太空中止这些实验是一项庞大的成就。”

  在地球上,普通状况下,重力在几秒钟之内就会让BEC土崩瓦解。但假如它们漂浮在国际空间站,应该能“存活”至少10秒钟。这一时间足够让它们被冷却到创纪录的低温——可能只比绝对零度高20万亿分之一摄氏度。

  奥德瑞说,这是宇宙中已知最冷的温度。美国国度规范与技术研讨院(NIST)原子物理学家格雷琴·坎贝尔说,更冷且更“短命”的BEC将“推进前沿基础物理范畴的研讨,15年来,科学家不时期盼会产生新的物理学。”

  麻雀虽小五脏俱全:工具包大小的实验设备

  国际空间站可谓“寸土寸金”,所以工程师不得不紧缩原子物理设备的大小,将填满一个大房间的设备紧缩到一个冷藏箱大小的箱子内。该设备应用激光来冷却铷和钾原子,使它们简直停滞不动;然后,用磁场捕捉原子云;最后,科学家将运用其他冷却技术——包括无线电波“刀”来剥离能量最高的原子等,将原子云冷却到更接近绝对零度的温度,从而发明出BEC。

NASA冷原子实验室内,激光器和其他技术将原子冷却到绝对零度左近。来源:英国《自然》杂志官网

  NASA冷原子实验室内,激光器和其他技术将原子冷却到绝对零度左近。来源:英国《自然》杂志官网此外,工程师还必需设计屏蔽层,以维护脆弱的BEC免受密集组件和不时变化的地球磁场的干扰。而且,实验只需?诠士占湔旧系目蒲腥嗽彼踔蟛旁诵校跃×考跎偃魏卧硕赡茉斐傻母扇拧?/p>

  该技术比最初想象的要简单,由于更复杂的实验室版本呈现了问题,影响了真空室并且可能会招致项目延期,这招致物理学家暂时无法完成他们的最终目的——执行基于太空的原子干预丈量,这个过程会将BEC的量子波分红两部分并重新组合,得到的干预图案让科学家能够更精确地剖析重力的影响,也能让他们测试BEC能否可用作极为灵活的旋转和重力传感器。

  不过,该任务科学家、JPL的罗伯特·汤普森说,更高级的套件应该会在2019年底抵达国际空间站。

  玩转量子力学:气泡、环和漩涡

  汤普森说,固然配备缺乏,但物理学家仍可就目前的状况发现新物理学。届时,将有5支研讨团队运用这一实验室中止实验。其中一个团队计划运用无线电波和磁场,让BEC构成约30微米的气泡形。依据量子力学,由于气泡既纤薄又没有边缘,BEC的行为应与地球上构成圆盘或球体时的行为迥然不同。

冷原子实验室被用于研讨处于国际空间站得微重力情况下的超冷的量子流体。来源:英国《自然》杂志官网