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我国科学家制备出已知最冷人造物质

来源:新知未来 时间:2026-11-14 04:02:33

今天(11月6日),中国科学院空间应用工程与技术中心公布了中国空间站的最新科研成果。我国科研团队借助中国空间站梦天舱的超冷原子物理实验柜,制造出已知最冷的人造物质,刷新了人类最低温物质纪录,使人类朝着绝对零度又前进了一步。该研究成果于今天发表在国际学术期刊《科学》上。

文章主题示意图
主题配图,非事件现场。摄影:Landiva Weber / Pexels

在这次探索极低温的实验中,科研团队采用全光阱冷却技术,成功将中国空间站超冷原子实验柜中铷原子云的等效温度降至9.7皮开尔文,约为室温下物质温度的一百万亿分之一,并持续观测了7秒。2021年德国科研团队曾创造出铷原子云等效温度38皮开尔文的纪录,此次成果比之更接近绝对零度,制备出目前已知最冷的人造物质,标志着中国科学家向绝对零度又迈进了一步。

在地球上进行类似实验,最大的障碍是重力:重力会拉着原子往下掉,使原子很难被充分降温。而在中国空间站的微重力环境中,原子可以悬浮起来,无需很强的外力束缚就能冷却到更低温度。我国科研团队正是利用这一优势,从地面远程操控空间站超冷原子实验柜的设备,实现了这一基础研究领域的重要突破。

中国空间站超冷原子物理实验柜于2022年研制成功,并随梦天舱运送至中国空间站。它既是一台“超级冰箱”,也是一个前沿科学的“微型实验室”。在这里,金属铷先经过加热蒸发、释放出铷蒸汽,再借助磁光阱、光学黏团技术对蒸汽中的铷原子进行初步冷却,随后利用两级交叉光阱技术进行蒸发冷却和深度冷却。

我国科研团队历经多年艰苦攻关,攻克了超高真空环境获取、高功率光纤激光器研制等一系列关键技术,把原本在地面上占地20立方米、重达10吨的实验系统,集成压缩至0.7立方米、500公斤,相当于把一间屋子大小的实验装置装进了冰箱大小的空间里。

绝对零度即零下273.15摄氏度,是宇宙中最低温度的下限。按照热力学第三定律,人类只能无限接近它,却永远无法真正达到。常温下,原子会不停地碰撞、振动,做无规则热运动。但科学家发现,当温度不断降低时,原子的运动会逐渐减慢;温度降到接近下限——绝对零度,即零下273.15摄氏度、也就是0开尔文时,原子才会被“冻”到几乎静止。温度越低,原子运动速度越慢;当原子慢到一定程度,就会涌现出许多奇妙的物理现象,帮助科学家看清微观世界中平时难以捕捉的规律。

我国科研团队的这项新突破将有力推动早期宇宙模拟、超轻暗物质探测等前沿课题的研究;同时,相关技术也可用于研制更高精度的原子干涉仪、量子传感器和空间原子钟,服务于地球微重力测量、惯性导航以及基本物理常数检验。

该项目由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头论证、管理、集成,北京大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合完成。

来源:科学网数理研究;原文日期:2026-11-05。内容经中文改写,请以原文为准。