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NASA在太空成功稳定物质的第五态

06/07/2026 16:54 - Tecnologia

在太空中被驯服的第五物质态

据Merca2门户网站报道,NASA在物理学领域取得了里程碑式的进展:在国际空间站(ISS)上成功制造、稳定并观察了数秒的玻色-爱因斯坦凝聚态。这种奇特的物质形态在地球上仅能存在微秒级的时间,其生成需要比绝对零度(-273.15 °C)高出十亿分之一度的极端低温环境。

冰箱大小的量子实验室

取得这一成就的是冷原子实验室(Cold Atom Lab),这是一个安装在ISS上的小型模块,由位于加利福尼亚州的喷气推进实验室(JPL)远程操控。实验过程首先将铷或钾元素在真空室中加热至400 °C。随后,激光束提取原子的动能,使其几乎完全停滞。最后,磁陷阱将原子云悬浮在太空中,进行最后的蒸发冷却。

什么是玻色-爱因斯坦凝聚态?
该状态由萨蒂endra·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦于1924年预测提出,是物质的第五态。当一种由相同粒子组成的气体被冷却到极端温度时,它们会坍缩成一个单一的集体量子态,表现得就像一整波。地球上首次在1995年制造出该状态(获得2001年诺贝尔物理学奖),但重力会在几毫秒内将其破坏。

微重力环境的优势

在地球表面,重力会将原子云向下拉,使其撞击陷阱壁并几乎瞬间失去量子相干性。然而,ISS的微重力环境消除了这一障碍。在没有主导引力的情况下,原子云可以稳定地漂浮数秒钟,使科学家能够观察一群原子如何表现得像沙粒大小的单一物质波。

量子2.0时代

JPL项目副科学家Ethan Elliott强调,他们正在进行量子2.0研究,通过操纵大型量子态,有望取得类似于上世纪激光和移动电话问世时的巨大技术飞跃。

未来应用

项目负责人Kamal Oudrhiri指出,该技术的应用前景广阔,包括用于行星测绘的重力传感器、无需GPS的导航系统,以及用于从深空探测引力波的原子钟。

实验背景

该实验室于2018年发射升空,并在过去两年中进行了硬件升级,以优化磁场和金属带。稳定凝聚态的常规生产最近在2026年得到巩固。尽管空间站振动带来的背景噪音依然存在,但每一批数据都在不断完善理论模型。下一代实验室有望在从未探索过的领域对广义相对论进行测试。

来源:Merca2

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阿尔弗雷多的专栏 Alfredo S. Quiroga

Alfredo S. Quiroga