空間站創造出奇異“物質第五態”

2020-06-13 15:14:20 《參考消息網》

參考消息網6月13日報道 外媒披露,宇宙中最冷的地方之一——國際空間站上的一臺設備——創造出奇異的物質第五態。

據英國《新科學家》周刊6月11日報道,冷原子實驗室(CAL)于2018年被發射到國際空間站,用于研究一種奇特的物質狀態,名為玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)。這個手提箱大小的裝置在一個真空艙里對銣原子和鉀原子進行冷凍,用激光來放慢其運動速度。由此產生的原子云隨后被磁場控制住,它們被冷卻到接近絕對零度的零下273攝氏度,從而形成BEC。

物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和薩蒂延德拉·納特·玻色于20世紀20年代創立相關理論,將這種冰冷物質的狀態稱為繼固態、液態、氣態和等離子態之后的物質第五態。它是一種過冷氣體,不再表現為單個原子和粒子,而是處于單一量子態的存在。

德國漢諾威萊布尼茨大學的邁克·拉赫曼說:“這非常了不起,因為它讓你獲得了一個肉眼可見的量子力學物體?!?/p>

報道指出,自1995年以來,BEC曾在地球上的各種實驗中產生,但它們都受到重力阻礙,重力使原子云在頃刻間坍塌。國際空間站的微重力環境使它們能在數秒間保持穩定,科學家因而可對它們進行更詳細的研究。

美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室的羅伯特·湯普森及其同事一直在遠程操作冷原子實驗室,他們近日公布了自己的初步研究結果。雖然基本上僅證明這臺機器能正常運轉,卻讓人對未來產生憧憬。

報道稱,初步結果顯示,BEC在軌道上的表現有所不同。研究小組發現,約一半原子圍繞BEC主體形成了一個環狀云團。在地面上,這些原子會因重力跌落,但在國際空間站的微重力環境下,云團始終保持懸浮。

研究人員希望在不遠的將來利用這項實驗來觀察量子級別的原子碰撞現象。他們還希望通過監測原子運動過程中的擾動來探測被稱為引力波的時空漣漪。

報道認為,再往后,還可利用這項實驗來驗證其他理論,比如愛因斯坦提出的等效原理,即在給定的引力場中,一切物體都具有同一加速度。微重力環境下的實驗可以揭示是否存在違背該原理的情況。湯普森說:“不相信愛因斯坦通常是不明智的,但對這些事進行驗證始終很重要?!?/p>

另據印度科技探險家網站6月11日報道,發射并運行冷原子實驗室之后,NASA開始在軌道上持續研究和開發量子技術。這個多用途研究設施自2018年6月以來已隨國際空間站飛行了4億多公里,由噴氣推進實驗室遠程操作。

科學家稱在冷原子實驗室創造出銣元素的BEC。這種化學元素在外觀、柔軟度和導電性方面與鉀和銫有相似之處。

報道稱,當特定類型的原子被冷卻到極低溫度從而處于統一狀態時,BEC就出現了。但科學家幾乎不可能在地球上研究BEC,因為地球上的重力會干擾讓原子留在原地以供觀察所需的磁場。

德國航空航天中心量子技術研究所的莉薩·韋爾納說:“能夠在軌道上研究物質的這一奇特狀態,將幫助科學家了解基礎物理學并使新的、更靈敏的量子測量手段成為可能。怎么強調這項實驗對科學界的重要意義都不過分?!?/p>

來自加州理工學院的羅伯特·湯普森說:“在微重力環境下,我們用小得多的力量就能控制住原子,因為我們不必幫它們對抗重力。在微重力環境下,還能用較弱的磁場操縱原子,加速其冷卻過程并獲得更清晰的圖像?!?/p>

該研究報告的作者們指出:“在軌道上成功形成BEC,為量子氣體研究以及原子干涉測量帶來新機遇,為執行更宏大的任務鋪平了道路?!?/p>

NASA宇航員正在清理冷原子實驗室(資料圖片)

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