比旋鏢星云還冷，實(shí)驗(yàn)室溫度再次向絕對(duì)零度靠近：萬億分之三十八開氏度是如何煉成的

冷原子概念圖

科研人員有史以來最接近絕對(duì)零度（圖源：Shutterstock）

不久前，科學(xué)家通過將磁化氣體從393英尺（120米）的高塔落下，達(dá)到了一個(gè)徹骨的低溫：僅比絕對(duì)零度（-273.15攝氏度）高萬億分之三十八開氏度，該溫度也打破了有史以來在實(shí)驗(yàn)室測量的最低溫度紀(jì)錄。

這支德國科研隊(duì)當(dāng)時(shí)正在研究玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）的量子性質(zhì)——BEC即所謂的“物質(zhì)第五態(tài)”，是一種在超低溫狀態(tài)下才存在的氣體衍生物。而物質(zhì)在BEC狀態(tài)下則會(huì)表現(xiàn)得像一個(gè)大原子，這也使其成為了一個(gè)極具吸引力的課題——尤其吸引那些對(duì)亞原子粒子機(jī)制感興趣的量子物理學(xué)家。

這幅圖像顯示的是銣原子速度的分布，它證實(shí)了玻色-愛因斯坦凝聚的存在。左：玻色-愛因斯坦凝聚出現(xiàn)前。中：玻色-愛因斯坦凝聚剛剛出現(xiàn)。右：幾乎所有剩余的原子處于玻色-愛因斯坦凝聚狀態(tài)。

溫度測量的其實(shí)是分子振動(dòng)：一群分子運(yùn)動(dòng)越活躍，則其集體溫度就會(huì)越高。而絕對(duì)零度則指的是所有分子都停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，即-459.67華氏度或-273.15攝氏度?？茖W(xué)家為極端低溫發(fā)明了專門溫標(biāo)，即開爾文溫標(biāo)（單位開），其中0開（0K）代表絕對(duì)零度。

物質(zhì)接近絕對(duì)零度時(shí)，就會(huì)發(fā)生一些怪異之事。比如說，據(jù)2017年發(fā)表于《自然·物理》雜志的一項(xiàng)研究表明，光在接近絕對(duì)零度狀態(tài)下變成了液體，實(shí)打?qū)嵉乜梢浴皟A瀉”進(jìn)容器中；又比如，據(jù)同年發(fā)表于《自然·通訊》雜志的一項(xiàng)研究表明，過冷氦在超低溫狀態(tài)下將會(huì)失去摩擦力。另外，在美國國家航空航天局（NASA）冷原子實(shí)驗(yàn)室里，科研人員們還見證了原子在超低溫狀態(tài)下同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方的奇景。

在這項(xiàng)破紀(jì)錄的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們聚集了大約100000個(gè)氣態(tài)銣原子置于一個(gè)真空室的磁場中。然后，他們對(duì)這個(gè)真空室大幅降溫，直至絕對(duì)零上十億分之二攝氏度——而據(jù)圖譜網(wǎng)New Atlas，這個(gè)溫度本身也已經(jīng)是一項(xiàng)世界紀(jì)錄了。

但對(duì)于想超越物理學(xué)極限的科研人員來說，這個(gè)溫度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠冷；想要得到更低的溫度，他們需要模擬外太空環(huán)境，于是他們把裝置帶去了歐洲太空總署的不來梅落塔，該落塔是位于德國不來梅大學(xué)的一所微重力研究中心。讓真空室做自由落體的同時(shí)快速開關(guān)磁場，這樣一來，BEC可以不受重力約束漂浮起來，從而科學(xué)家們可以將該狀態(tài)下的銣原子分子運(yùn)動(dòng)減速至接近零。該團(tuán)隊(duì)8月30日在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上報(bào)告說，BEC在萬億分之三十八開氏度（38pK）保持了大約兩秒，創(chuàng)造了“一個(gè)絕對(duì)零下的紀(jì)錄”。在這之前的最低溫紀(jì)錄是百萬分之三十六開氏度，由位于科羅拉多州博爾德市的美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的科學(xué)家用專門激光創(chuàng)造。

不來梅大學(xué)應(yīng)用空間技術(shù)及微重力中心（ZARM）的微重力落塔

宇宙中已知的最低自然溫度存在于旋鏢星云。旋鏢星云位于半人馬座，距地球5000光年；根據(jù)歐洲太空總署的數(shù)據(jù)表明，它的平均溫度是-272攝氏度（約1開氏度）。

回力棒星云

這項(xiàng)新研究的研究人員們?cè)谝豁?xiàng)聲明中說道：在像太空之類的真正無重力環(huán)境下，理論上他們可以讓這個(gè)最低溫持續(xù)長達(dá)17秒。據(jù)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員稱，極低溫在未來某一天也許能幫助科學(xué)家開發(fā)出更好的量子計(jì)算機(jī)。

相關(guān)知識(shí)

回力棒星云(英文:Boomerang Nebula)（亦稱領(lǐng)結(jié)星云[2]）是在半人馬座的方向上，距離地球5,000光年的一個(gè)原行星云。這個(gè)星云的溫度經(jīng)測量為1K（?272.15°C; ?457.87°F），是自然界中已知溫度最低之處[2]?；亓Π粜窃剖怯蓮囊活w恒星的核心逸流出的氣體形成的，氣體向外流出的速度是164公里/秒，并且在進(jìn)入太空之后很快速的膨脹。這種膨脹是造成它溫度下降的主要原因（絕熱膨脹）。

BY: Joanna Thompson

FY: 堅(jiān)迪柏

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