第五種物質狀態在國際空間站誕生 研究結果發表在英國《自然》雜志

英國《自然》雜志10日發表一篇量子物理研究，加州理工學院科學家團隊報告成功在國際空間站上產生第五種物質狀態——玻色-愛因斯坦凝聚，并測量了相關特性。太空中的微重力環境，讓人類得以在這種奇異物質狀態中探索基礎物理學，同時為未來人類在太空執行更宏大的任務奠定了基礎。

玻色-愛因斯坦凝聚是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時所呈現出的一種物質狀態。在這樣的低溫下，原子成為具有量子特性的單一實體。玻色-愛因斯坦凝聚橫跨量子力學支配的微觀世界和經典物理支配的宏觀世界，因此有望提供關于量子力學的基本洞察，但是受重力作用影響，難以對其進行精準測量。

美國加州理工學院科學家羅伯特·湯普森及其同事為了克服這些限制，在國際空間站上啟動并成功運行冷原子實驗室。他們描述了在微重力條件下制備的玻色-愛因斯坦凝聚，并測量了它們與在地球上觀測到的玻色-愛因斯坦凝聚之間的特性差異。

例如，前者的自由膨脹時間(在關閉陷阱后，原子盤旋并能被測量的時長)超過了1秒，而后者一般只有幾十毫秒。可觀測時間的延長，可以提高測量的精準度。此外，在微重力條件下，原子能被較弱的力捕捉，從而有可能達到較低的溫度，此時奇異的量子效應就會變得愈加明顯。

2018年7月，美國國家航空航天局噴氣推進實驗室開始利用冷原子實驗室，嘗試在國際空間站上制造極端低溫。在僅比絕對零度高100納開爾文的狀態下，銣原子呈現玻色-愛因斯坦凝聚態，不過當時冷原子實驗室尚處于調試階段，未正式開啟科研。

現在最新的結果表明，太空實驗室有益于未來研究超冷原子氣體。“在太空中成功制備出玻色-愛因斯坦凝聚，為研究量子氣體和原子干涉創造了新機會，也為未來更加宏大的任務鋪平了道路。”德國漢諾威萊布尼茲大學麥卡·盧切曼在相應的新聞與觀點文章中寫道。(記者張夢然)

總編輯圈點

從2018年至今，空間站的冷原子實驗室得到了人們的持續關注——它是同類產品中第一個安裝在太空中的系統，也是最冷和最緊湊的設備。科學家付出了巨大努力去克服在空間站上運行這一復雜設施所面臨的障礙，終于使它拿出了正式投入使用后的成果。在人類迄今打造的最寒冷的地方，科學家們可以觀察到難以獲得的物質第五態，它存留時間更長，為人們贏得了更多的研究時間，進而可在微重力環境下探索量子物理中長期懸而未決的問題，并最終將成果延伸到芯片、納米、精密測量等等領域。