自NASA的阿波羅計(jì)劃以來(lái)，宇航員已經(jīng)記錄了像水這樣的液體在微重力下的行為跟在地球上不同?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)通過(guò)使用一種更奇特的材料–冷卻到幾乎絕對(duì)零度（零下273攝氏度）的氣體–證明了這種效果。據(jù)悉，這是物質(zhì)可以達(dá)到的最低溫度。

通過(guò)利用NASA的冷原子實(shí)驗(yàn)室–國(guó)際空間站上的第一個(gè)量子物理設(shè)施，研究人員將原子樣本冷卻到絕對(duì)零度以上的百萬(wàn)分之一并將其塑造成極薄的空心球體。冷氣體開始時(shí)是一個(gè)小的圓球，就像一個(gè)蛋黃，然后被雕刻成更像一個(gè)薄蛋殼的東西。原子向下匯集，而形成的東西在形狀上更接近于隱形眼鏡而不是氣泡，這樣的嘗試在地球上不可能實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)里程碑只有在空間站的微重力環(huán)境下才可能實(shí)現(xiàn)。相關(guān)研究報(bào)告已于當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月18日發(fā)表在《自然》上。

據(jù)了解，超低溫氣泡最終可用于一種更奇特的材料的新型實(shí)驗(yàn)：第五種物質(zhì)狀態(tài)（不同于氣體、液體、固體和等離子體），其被稱為玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)。在BEC中，科學(xué)家可以在肉眼可見的范圍內(nèi)觀察原子的量子特性。如原子和粒子有時(shí)表現(xiàn)得像固體物體，有時(shí)表現(xiàn)得像波–這種量子特性稱為“波粒二象性”。

這項(xiàng)工作不需要宇航員協(xié)助。超低溫氣泡是在冷原子實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)密密封的真空室中制造的，其使用磁場(chǎng)輕輕地將氣體操縱成不同的形狀。而實(shí)驗(yàn)室本身–約有一個(gè)迷你冰箱那么大–則由JPL遠(yuǎn)程操作。

最大的氣泡直徑約為1毫米，厚度為1微米。它們是如此得稀薄，以至于只有成千上萬(wàn)的原子才能構(gòu)成它們。相比之下，地球上一立方毫米的空氣含有大約10億兆個(gè)分子。

這項(xiàng)新工作的論文主要作者、NASA南加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室冷原子實(shí)驗(yàn)室科學(xué)小組的成員David Aveline說(shuō)道：“這些都不像你的普通肥皂泡。據(jù)我們所知，自然界中沒有任何東西能像冷原子實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的原子氣體那樣冷。所以我們從這種非常獨(dú)特的氣體開始研究它在被塑造成根本不同的幾何形狀時(shí)的表現(xiàn)。并且從歷史上看，當(dāng)一種材料以這種方式被操縱時(shí)，可以出現(xiàn)非常有趣的物理學(xué)及新的應(yīng)用?！?/p>

為什么它“重要”？

將材料暴露在不同的物理?xiàng)l件下是了解它們的核心。這往往也是為這些材料尋找實(shí)際應(yīng)用的第一步。

在空間站上使用冷原子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行這些類型的實(shí)驗(yàn)使科學(xué)家能消除重力的影響，而重力通常是影響流體運(yùn)動(dòng)和行為的主要力量。通過(guò)這樣做，科學(xué)家們可以更好地了解其他起作用的因素，如液體的表面張力或粘性。

現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造了超冷氣泡，他們接下來(lái)將是把組成氣泡的超冷氣體過(guò)渡到BEC狀態(tài)，然后看看它是如何表現(xiàn)的。

“一些理論工作表明，如果我們用這些處于BEC狀態(tài)的氣泡之一工作，我們可能能夠在量子材料中形成渦流–基本上是小漩渦，”來(lái)自緬因州路易斯頓的貝茨學(xué)院的物理學(xué)教授、這項(xiàng)新研究的第一研究者Nathan Lundblad說(shuō)道，“這是一個(gè)物理配置的例子，它可以幫助我們更好地理解BEC的特性并對(duì)量子物質(zhì)的性質(zhì)有更多的了解。”

量子科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)帶來(lái)了現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，如晶體管和激光器。在地球軌道上進(jìn)行的量子調(diào)查可能會(huì)帶來(lái)航天器導(dǎo)航系統(tǒng)和研究地球和其他太陽(yáng)系天體的傳感器的改進(jìn)。超冷原子設(shè)施已經(jīng)在地球上運(yùn)行了幾十年，然而在太空中，研究人員可以以新的方式研究超冷原子和BEC，這是因?yàn)橹亓Φ挠绊懕粶p少了。這使研究人員能定期達(dá)到更低的溫度并比在地球上更長(zhǎng)時(shí)間地觀察各種現(xiàn)象。

JPL冷原子實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目科學(xué)家Jason Williams表示：“我們的冷原子實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo)是基礎(chǔ)研究–我們希望利用空間站獨(dú)特的空間環(huán)境來(lái)探索物質(zhì)的量子性質(zhì)。在新的幾何結(jié)構(gòu)中研究超冷原子是一個(gè)完美的例子?！?/p>