科学家首次在太空制造玻色-爱因斯坦凝聚体

自2018年5月以来，国际空间站上有一个名为冷原子实验室(CAL)的微型冰箱大小的设施，能够将真空中的原子冷却到绝对零度以上百亿分之一度的温度。无论出于何种目的，它都是已知宇宙中最冷的地方之一。根据发表在《自然》杂志上的一项新研究，科学家们刚刚在太空中首次用它创造了一种罕见的物质状态。

玻色-爱因斯坦凝聚体，有时被称为物质的第五种状态，是气态的原子云，它们不再像单个原子那样行为，而开始像集体一样行为。它们通常被称为BEC，最早是在95年前由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)和萨蒂扬德拉·纳特·博斯(Satyendra Nath Bose)预测的，但科学家们首次在实验室观察到它们是在25年前。

在制造BEC时，一般的想法是将原子(在CAL、Rb和K的情况下)注入到超冷室中，以减缓它们的速度。然后，在房间里用带电的线圈创建一个磁阱，它与激光和其他工具一起使用，将原子移动到致密的云层中。这项新研究的主要作者、NASA喷气推进实验室的物理学家大卫·阿维林(David Aveline)说，在这一点上，原子“有点相互模糊”。

要使用BEC进行实验，您需要调低或释放磁阱。拥挤的原子云将会膨胀，这很有用，因为BEC需要保持低温，气体在膨胀时往往会冷却。但是，如果BEC中的原子相距太远，它们的行为就不再像凝聚体了。这就是近地轨道的微重力发挥作用的地方。Aveline说，如果你试图增加地球上的体积，重力只会将BEC云中心的原子拉到陷阱的底部，直到它们溢出，扭曲凝析油或完全摧毁它。但在微重力下，CAL中的工具可以将原子保持在一起，即使陷阱的体积增加了。这使得凝析油的寿命更长，这反过来又允许科学家们比他们在地球上研究它的时间更长(最初的演示持续了1.118秒，尽管目标是能够探测到长达10秒的云层)。

虽然这只是第一步，但CAL实验有朝一日可能会让BEC成为超灵敏仪器的基础，这些仪器可以探测来自宇宙中一些最神秘的现象的微弱信号，比如引力波和暗能量。从更实际的角度来看，Aveline相信团队的工作可以为更好的惯性传感器铺平道路。“应用范围从加速计和地震仪到陀螺仪，”他说。

与此同时，研究人员可以玩弄CAL，Aveline将其描述为一个“旋钮系统”，为原子实验创造独特的条件。该团队现在知道它可以在太空中产生玻色-爱因斯坦凝聚体。下一步是调整设置，看看旋钮转到11时会发生什么，可以这么说。