在全宇宙最冷的地方做实验，或将重新认识物质、引力和暗能量

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编译：淼助
来源：NASA
今年夏天，美国宇航局将把一个冰柜大小的盒子送往国际空间站，届时它将成为全宇宙中最冷的地方。这盒子里的仪器能将气体原子冻结到仅高于绝对零度的十亿分之一度——这比太空深处的温度冷1亿多倍！
这个盒子里的激光器，真空室和电磁“刀”将用来消除气体粒子的能量，使它们减速直到接近于静止。这套设备被称为冷原子实验室（CAL），是NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室（JPL）开发的。冷原子实验室目前已经到了装配的最后阶段，按进度计划来讲已经提前。它将于今年8月由SpaceX crs-12送上天。

艺术家的原子芯片概念作品。CAL采用激光将原子冷却到超冷温度
当冷原子实验室中的原子被冷却到极端温度，就可以达到玻色-爱因斯坦凝聚态。在这种状态下，量子物理取代了我们日常熟悉的物理规则，物质的行为看起来不像粒子而更像波浪。一排排的原子相互移动，看起来它们像骑在一些飘动的织物上样。人们还从没在冷原子实验室那样低的温度下观察过这种神秘的波形。
玻色-爱因斯坦凝聚态的是一种“超流态”——一种无粘性流动，原子运动时像在一整个固体中一样无摩擦。JPL项目经理Anita Sengupta说: “如果超流态水在一个玻璃杯里转动，它就会永远旋转下去——因为没有粘度去减慢它，消散它的动能。如果我们能更好地了解超流体物理，我们就能学会更有效地传递能量。”

美国宇航局以前从来没有在太空中创造或观测过玻色-爱因斯坦凝聚体。在地球上，引力的作用使得原子不断地向地面沉降，这意味着它们通常只能在远远小于一秒的时间里被观察到。但在国际空间站，超冷原子可以更长时间地保持他们的波浪形态。这为科学家理解物理学的最基础的层面提供了一个更长的观察窗口。该项目科学家罗伯·汤普森估计，冷原子实验室将使得玻色-爱因斯坦凝聚体有长达5到10秒可观测时间；未来技术的发展可以让其持续到数百秒。
汤普森说：“研究这些超冷原子能改变我们对物质和万有引力基本性质的认识。我们用冷原子实验室做的实验将让我们深入了解重力和暗能量——它们是宇宙中一些最普遍的力量。”

这些实验结果可能会引起一些领域的技术改进，包括传感器，量子计算机和航天器导航中使用的原子钟。五个科学小组计划用冷原子实验室进行实验。冷原子实验室的项目副经理Kamal Oudrhiri说，尤其令人兴奋的是其暗能量检测方面的应用。现有宇宙学模型认为，宇宙大约27%为暗物质，68%为暗能量，5%普通物质。他说：“即使利用所有的现有技术，我们仍对宇宙的95%依然一无所知。就像伽利略第一架望远镜中的一个新镜头一样，冷原子实验室中超灵敏的冷原子有可能解开许多现有物理学知识之外的谜团。”

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