2018年7月，美国宇航局宣布令人难以置信的成就。 他们创造了太空中最冷的地方- 就在国际空间站，绕地球轨道运行。
他们采用了一种叫做铷的软金属原子，并将它们冷却到 100 纳开尔文左右，即高于绝对零的开尔文的百万分之一。
这导致了一种超冷的云，称为，充满异国情调的“第五”，并且可以帮助我们理解超冷原子的奇怪量子特性。 但研究并没有就此停止。
利用喷气推进实验室的冷原子实验室，科学家们继续生产低于绝对零以上的纳开尔文 - 利用空间站上的微重力条件比我们在地球上了解更多关于这种状态的信息。
玻色-爱因斯坦凝聚态非常奇怪。 它们是由冷却到仅高于绝对零的一小部分（但未达到绝对零，此时原子停止移动）。 这导致它们下沉到最低能量状态，移动极其缓慢，并靠得足够近以重叠——产生高密度原子云，其作用就像一个“超级原子”或物质波。
由于量子力学（其中每个粒子都可以被描述为波）在原子尺度上更容易观察，玻色-爱因斯坦凝聚使科学家能够在更大的尺度上研究量子行为，而不是试图研究单个原子。
通过激光冷却、磁场和蒸发冷却的组合，可以在地球上产生玻色-爱因斯坦凝聚态。 最后一项技术是最后一步——原子被固定在磁阱中，射频辐射用于“蒸发”最具能量的粒子，留下寒冷、缓慢的粒子以形成凝聚物。
一旦发生这种情况，陷阱就会关闭，科学家们就可以进行实验了。 但他们必须快速行动——原子之间的自然排斥力将导致云膨胀和消散。 重力意味着这个过程发生得非常快——只有几十毫秒。
不过，通过在自由落体中抵消重力的影响，您可以制造出可以持续一秒以上的玻色-爱因斯坦凝聚态。
此外，重力影响的减少意味着冷凝水可以在较浅的盘中形成。 这为研究人员提供了一个更好的窗口来观察云，无论是在云释放之前还是释放之后的短暂时间。
这就是研究人员通过冷原子实验室实现的目标——但是当他们探测它们产生的凝结物时，他们发现了在地球引力中不会发生的效应。
“我们发现射频引起的蒸发冷却在微重力下显示出明显不同的结果，”他们在论文中写道。
“我们观察到在轨原子数增加了近三倍。通过应用不同的磁场梯度，我们确认大约一半的原子处于磁不敏感状态 |2, 0⟩，形成光环状磁陷阱位置周围的云。”
在地球上，重力是作用于这些原子的主导力，将它们从陷阱周围移走。
在太空中，能够仔细观察凝结物，发现云边缘周围盘旋着一圈松散的铷原子。 由于材料的冷却方式，这些原子几乎没有注意到磁阱。
重力通常会将它们拉到一边，至少在地球上是这样。 但在自由落体过程中，它们停留在原处，为未来的研究提供了潜在有用的超冷资源。
生产更冷、更持久的玻色-爱因斯坦凝聚体的可行性也意味着我们可以开始考虑其他研究它们的方法。 例如，可以创建地球上不可能的陷阱形状，看看是否可以观察到不同的量子行为。
玻色-爱因斯坦凝聚体的波动特性也可能用于原子干涉仪，可用于测量基本物理常数。
“我们已经使用 CAL 在低地球轨道上的基线能力来证明微重力对于超冷原子实验的直接和根本的好处……这些实验构成了潜在的数年科学操作的开始，随着时间的推移，该仪器的附加功能也将被使用， ”研究人员在论文中写道。
“CAL 仪器未来的模块化升级可用于扩展任务研究，包括由 JPL 建造的具有原子波干涉仪的科学模块。此外，后续任务的有效载荷正处于提案和开发阶段，以确保持续存在和应用轨道上的超冷原子。”
该研究发表于自然。
