NASA的寒冷原子实验室研究超冷量子气体

艺术家的原子芯片的概念，供美国国家航空航天局的寒冷原子实验室（Cal）（Cal）在国际空间站上使用。Cal将使用激光将原子冷却到超薄温度。图像

研究人员将使用美国宇航局的寒冷原子实验室研究超冷量子气体，探索原子在微匍匐由于这种寒冷的情况下几乎没有运动时的互动。

像合唱线中的舞者一样，在降低到极冷的温度时，原子的运动变得同步。为了研究这种奇异现象，称为Bose-Einstein缩合物，研究人员需要将原子冷却至刚刚高于零的温度 - 原子具有最少能量并且靠近一动不动的点。

美国宇航局的寒冷原子实验室（CAL）的目标是研究开发用于国际空间站的设施仪器中的超冷量子气体。科学家们将使用该设施来探索不同原子在微匍匐由于这种寒冷而几乎没有运动时的互动。由于从地球上较少，物质可以保持浓缩的浓缩物的形式，使研究人员能够更好地观察它。

CAL团队本周宣布，它成功地在NASA的喷气式推进实验室生产了一款Bose-Einstein凝聚液，这是2016年底在空间站首次亮相的仪器的关键突破。

Bose-Einstein冷凝物是在稀释的气体中的一系列原子，其被降低到极冷的温度并且所有占据相同的量子状态，其中所有原子都具有相同的能量水平。在临界温度下，原子开始聚结，重叠并同步移动。由此产生的冷凝物是一种新的物质状态，其表现得像巨头 - 原子标准 - 波浪。

“这是官方的。CAL的地面测试平台是美国纳斯射门推进实验室的最酷现货[200亿南伊尔文[200亿分之海，1英尔文]，“加利福尼亚州帕萨迪纳的JPL罗马普森说。“在我们的原型硬件中实现Bose-Einstein凝结是使命的重要步骤。”

虽然这些量子气体已经在地球上的其他地方创造，但Cal将在完全新的制度中探索冷凝水：空间站的微匍匐环境。它将在温度低于地球上发现的温度下预先预执的研究。

这种假彩色图像的序列显示了在NASA的喷射推进实验室的冷原子实验室原型中形成的Bose-Einstein冷凝物，因为温度逐渐更接近绝对零。每个P中的红色表示更高的密度。图像

在车站的微匍匐环境中，应该可以实现长度的微枝环境，长度低至一体的皮科尔文（1万亿次）的温度应实现。这比任何内容所熟知的东西更冷，与Cal的实验可能会在宇宙中产生最寒冷的事情。这些突破性气温解锁了观察新量子现象的潜力，并测试一些最基本的物理定律。CAL调查可以推进我们在开发精致敏感量子探测器方面的知识，可用于监测地球和其他行星体的重力，或用于构建先进的导航设备。

“超冷原子对于将来的空间光学钟也可用，这将是未来的时间标准，”汤普森说。

首次在1995年观察到，Bose-Einstein凝结是从那时起的“最热门”主题之一。缩合物与正常气体不同;它们代表了一个不同的物质状态，该物质通常在绝对零以上的程度低于百万度。熟悉的“固体”，“液体”和“气体”概念不再适用于这种寒冷的温度;相反，原子做了由量子力学控制的奇异的东西，例如在同一时间表现为波和颗粒。

CAL研究人员使用激光器光学凉爽的化学元素铷的原子，而不是比空间深度更冷的温度。然后将原子陷至磁直捕获，并且使用无线电波来冷却原子100倍。辐射辐射就像一把刀，从陷阱切开最热的原子，这样只有最寒冷的剩余。

该研究的目的是在这一过程可以在几秒钟内可靠地创造出浓缩菌凝固物。

“这对Cal团队来说是一个巨大的成就。它证实了仪器系统设计的保真度，并为我们提供了在我们到达空间站之前进行科学和硬件验证的设施，“JPL Anita Seng of JPL的Cal Project Manager说。

JPL正在开发由NASA在休斯顿的Johnson Space Center国际空间站计划赞助的寒冷原子实验室。华盛顿州美国宇航局总部的NASA人类勘探和运营团长的空间生活和物理科学部门管理了基本物理计划。

虽然到目前为止的研究人员已经创造了铷原子的Bose-Einstein凝聚态，但最终它们也将加入钾。

“两个冷凝水混合的行为将令人着迷于物理学家观察，特别是在太空中，”Sengupta表示。

除了仅仅创造Bose-Einstein凝聚液外，CAL提供了一套工具，可以以各种方式操纵和探测这些量子气体。Cal地面试验机铅的大卫Aveline表示，CAR具有独特的原子，分子和光学物理界的设施作为原子，分子和光学物理界的设施。

“而不是朝向宇宙向外看的最先进的望远镜，Cal将向上看，探索原子尺度的物理，”Aveline说。

你可能已经认为宇宙中最寒冷的地方可能是遥远的星星之间的广阔空间。但在几年的几年里，我们所知道的最寒冷的地方将是我们自己的星球，创造了原子舞蹈以炫耀科学的想象力。

图片：美国宇航局; NASA / JPL-CALTECH