2018年7月，美國太空總署宣布令人難以置信的成就。他們創造了太空中最冷的地方- 就在國際太空站，繞著地球軌道運行。
他們採用了一種稱為銣的軟金屬原子，並將它們冷卻到 100 納開爾文左右，即高於絕對零度的開爾文的百萬分之一。
這導致了一種超冷的雲，稱為，異國情調的“第五”，並且可以幫助我們理解超冷原子的奇怪量子特性。但研究並沒有就此停止。
利用噴射推進實驗室的冷原子實驗室，科學家繼續生產低於絕對零度以上的納開爾文 - 利用太空站上的微重力條件比我們在地球上了解更多關於這種狀態的資訊。
玻色-愛因斯坦凝聚態非常奇怪。它們是由冷卻到僅高於絕對零度的一小部分（但未達絕對零，此時原子停止移動）。這導致它們下沉到最低能量狀態，移動極其緩慢，並靠得足夠近以重疊——產生高密度原子雲，其作用就像一個「超級原子」或物質波。
由於量子力學（其中每個粒子都可以被描述為波）在原子尺度上更容易觀察，玻色-愛因斯坦凝聚使科學家能夠在更大的尺度上研究量子行為，而不是試圖研究單個原子。
透過雷射冷卻、磁場和蒸發冷卻的組合，可以在地球上產生玻色-愛因斯坦凝聚態。最後一項技術是最後一步——原子被固定在磁阱中，射頻輻射用於「蒸發」最具能量的粒子，留下寒冷、緩慢的粒子以形成凝聚物。
一旦發生這種情況，陷阱就會關閉，科學家就可以進行實驗了。但他們必須快速行動——原子之間的自然排斥力將導致雲膨脹和消散。重力意味著這個過程發生得非常快——只有幾十毫秒。
不過，透過在自由落體中抵消重力的影響，您可以製造出可以持續一秒以上的玻色愛因斯坦凝聚態。
此外，重力影響的減少意味著冷凝水可以在較淺的盤中形成。這為研究人員提供了一個更好的窗口來觀察雲，無論是在雲釋放之前還是釋放之後的短暫時間。
這就是研究人員透過冷原子實驗室實現的目標——但是當他們探測它們產生的凝結物時，他們發現了在地球引力中不會發生的效應。
“我們發現射頻引起的蒸發冷卻在微重力下顯示出明顯不同的結果，”他們在論文中寫道。
“我們觀察到在軌原子數增加了近三倍。通過應用不同的磁場梯度，我們確認大約一半的原子處於磁不敏感狀態 |2, 0⟩，形成光環狀磁陷阱位置周圍的雲。”
在地球上，重力是作用於這些原子的主導力，將它們從陷阱周圍移除。
在太空中，能夠仔細觀察凝結物，發現雲邊緣周圍盤旋著一圈鬆散的銣原子。由於材料的冷卻方式，這些原子幾乎沒有註意到磁阱。
重力通常會將它們拉到一邊，至少在地球上是如此。但在自由落體過程中，它們停留在原處，為未來的研究提供了潛在有用的超冷資源。
生產更冷、更持久的玻色愛因斯坦凝聚態的可行性也意味著我們可以開始考慮其他研究它們的方法。例如，可以創建地球上不可能的陷阱形狀，看看是否可以觀察到不同的量子行為。
玻色-愛因斯坦凝聚體的波動特性也可能用於原子乾涉儀，可用於測量基本物理常數。
「我們已經使用CAL 在低地球軌道上的基線能力來證明微重力對於超冷原子實驗的直接和根本的好處......這些實驗構成了潛在的數年科學操作的開始，隨著時間的推移，該儀器的附加功能將被使用， ”研究人員在論文中寫道。
「CAL 儀器未來的模組化升級可用於擴展任務研究，包括由 JPL 建造的具有原子波干涉儀的科學模組。此外，後續任務的有效載荷正處於提案和開發階段，以確保持續存在和應用軌道上的超冷原子。
該研究發表於自然。
