北京
這個實驗室只有迷你冰箱大小，卻在探索宇宙尺度的問題。
人們有時容易忽略，國際空間站（ISS）是一個巨大的實驗室，科學家們在那里研究從生物學到物理學的各種課題——不過是在太空中。這一非凡的資源讓非凡的研究成為可能，比如在太空中制造第五種物質狀態。
在最近的一份聲明中，NASA宣布對冷原子實驗室（Cold Atom Lab）進行第四次升級啟動，這是一個“獨一無二”的設施，用于探索量子理論與應用。該實驗室約有一個迷你冰箱大小，工作在零下459華氏度（零下273攝氏度）以下的溫度。再加上微重力這一因素，實驗室的環境堪稱研究一種名為玻色-愛因斯坦凝聚的量子對象的理想條件——這是一種超越固態、液態、氣態和等離子態的“第五”物態。
“上個世紀發生了一場量子革命，催生了激光、手機和用于醫學成像的磁共振成像（MRI），”NASA噴氣推進實驗室（JPL）冷原子實驗室項目副科學家伊桑·埃利奧特在聲明中說。“我們正在進行量子2.0——直接操縱宏觀量子態——希望通過在軌道上推進這一科學，在量子技術領域取得類似的成果。”
獲得諾貝爾獎的物理學
1924年，阿爾伯特·愛因斯坦預言，在接近絕對零度的溫度下，分立的原子會凝聚成一個由波函數描述的單一量子實體。愛因斯坦的這一構想建立在印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色的量子公式之上。因此，這一概念后來被稱為玻色-愛因斯坦凝聚。
然而，創造并維持這些狀態被證明極其困難，直到1995年，研究人員才首次成功實現玻色-愛因斯坦凝聚。（這些物理學家因這一成就共同獲得了2001年諾貝爾物理學獎。）當這些凝聚體成為現實后，科學家們還意識到，這種稀有的系統與兩種關鍵的低溫現象有關：超流（無摩擦的液體運動）和超導（零電阻的電子運動）。
寒冷與飄浮
冷原子實驗室的目標是更好地理解這些特性，因為超流、超導材料將是創造下一代量子技術的關鍵。該實驗室利用低地球軌道的微重力環境放大凝聚體產生的波函數。據NASA稱，與地面實驗室相比，這些條件使研究人員能夠更長時間地研究更大的量子波。
“超冷物質的行為方式不僅出人意料，而且還能夠對時間、重力和運動進行極其精確的測量，”隸屬于冷原子實驗室的JPL科學家杰森·威廉姆斯說，“實驗室擁有眾多工具——尤其是通過這次最新升級——讓我們能夠探測宇宙的本質。”
每個實驗都在一套稱為科學模塊的儀器組合上運行。首先，研究人員將一條銣或鉀金屬加熱到740華氏度（400攝氏度），使真空室內充滿氣體。然后，激光射向氣體，帶走氣體原子的能量并使其冷卻。最后，一個磁阱將氣體固定在原位，隨后研究人員進行最后的操作來進一步降低溫度，“使其接近靜止，并最大化它在微重力下的存留時間，”NASA解釋說。
“這是我們距離控制量子世界邊界最近的事物，”冷原子實驗室項目經理卡馬爾·烏德里里說，“這次新升級將那條邊界推得更遠。”
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