科学家在中国空间站制备出最冷人造物质丨科技前线

近日，在空间站超冷原子物理实验柜中，中国科学家率先利用全光阱冷却技术，成功将铷原子云的等效温度降至9.7皮开尔文（pK），较室温降低了14个数量级，并可持续观测7秒，打破了人类迄今为止的低温纪录，制备出目前已知最冷人造物质，标志着中国科学家向绝对零度迈进一大步。该项目由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头论证管理集成、北京大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合完成。

向绝对零度迈进，是物理学界持续百年的挑战。将原子冷却至接近绝对零度，能够使原子的德布罗意波波长变长到可观察尺度（如几百微米），原子云的相干性大大增强。

此时，量子规律从微观粒子“浮现”为可观测、可调控的物质形态，能够为量子模拟提供纯净、灵活的实验平台，也能够为高精度原子钟、原子干涉惯性测量、量子计算等新兴量子技术提供关键支撑。

在空间站微重力环境下，只需极弱的束缚就可完成冷却过程，冷却效率大幅提升，温度也能够降至更低，且可持续观测时间更长。

利用中国空间站超冷原子物理实验柜，中国科学家率先采用全光阱“囚禁”原子云，降低光强进行蒸发冷却降低原子云温度，再用非绝热扩散进行深度冷却，最终获得低温突破。

与国际“磁阱”方案相比，“中国方案”难度更大，但优势更明显。全光阱在空间环境中更易实现多光束精确控制，且对磁场干扰不敏感，对多种量子模拟实验具有兼容性，工程可靠性与科学扩展性更具优势。

团队历经多年攻关，最终完成了极高真空度物理系统、高功率光纤激光器、长期连续激光稳频、高精度集成物理光机等关键技术攻关，将地面20m³、重10吨的实验系统集成到0.7m³、重0.5吨的超冷原子物理实验柜中。实验柜2022年研制成功并随“梦天”舱发射。

从中国空间站超冷原子物理实验柜2011年开始论证，到本次实验的成功，前后共历时15年。实验的结果表明，目前我国已达到国际冷原子物理相关实验技术最高水平，也证明了中国空间站冷原子物理实验平台的创新性和优越性。