科学家们最近打破了在实验室中测量的最冷温度的记录。他们通过将磁化气体从393英尺(120米)的高塔上落下,达到了零下273.15摄氏度以上38万亿分之一的彻骨温度。
德国研究小组正在研究所谓的第五态物质的量子特性:玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC),一种只存在于超冷条件下的气体衍生物。
而在BEC阶段,物质本身开始表现得像一个大原子,这使得它成为对亚原子粒子力学感兴趣的量子物理学家特别有吸引力的课题。
温度是分子振动的衡量标准——分子集合移动得越多,集体温度就越高。
那么,绝对零度就是所有分子运动停止的点——零下459.67华氏度,或零下273.15摄氏度。科学家们甚至为极度寒冷的温度制定了一个特殊的刻度,称为开尔文刻度,其中零开尔文对应于绝对零度。
接近绝对零度时,一些奇怪的事情开始发生。例如,根据2017年发表在《自然物理学》杂志上的研究,光变成了一种可以倒进容器的液体。根据2017年发表在《自然通讯》杂志上的一项研究,过冷的氦气在非常低的温度下停止出现摩擦。而在美国宇航局的冷原子实验室,研究人员甚至目睹了原子同时存在于两个地方。
在这个破纪录的实验中,科学家们将约10万个气态的铷原子困在一个真空的磁场中。然后,他们将舱内冷却到绝对零度以上约二十亿分之一摄氏度,据媒体报道,这本身就已经是一项世界纪录。
但是这对研究人员来说还不够冷,他们想挑战物理学的极限;为了让温度变得更低,他们需要模拟深空条件。因此,研究小组将他们的装置带到了欧洲航天局的不莱梅落塔,这是位于德国不莱梅大学的一个微重力研究中心。
通过使真空室自由落体,同时快速地开关磁场,使BEC不受重力的约束漂浮,他们将铷原子的分子运动减慢到几乎为零。
该团队8月30日在《物理评论快报》上报告说,所产生的BEC在38皮开尔文(38万亿分之一开尔文)停留了大约2秒,创造了 "绝对负记录"。
之前的记录是3600万分之一开尔文,是由科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家用专门的激光器实现的。
宇宙中已知最冷的自然场所是回旋星云,它位于半人马座,距离地球约5000光年。根据欧洲航天局的数据,其平均温度为-272摄氏度(约1开尔文)。
这项新研究的研究人员在一份声明中说,理论上,在真正失重的条件下,比如在太空中,他们可以保持这种温度长达17秒。据麻省理工学院的研究人员称,超低温可能有一天会帮助科学家建造更好的量子计算机。
(独家编译:科幻世界)
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