打破記錄！物理學家第一次創造了宇宙中物質的「第五」狀態

去年1月，一枚攜帶裝有銣87原子的微型晶元的火箭在地球表面200多公里(124英里)處發射升空。這次任務很短，在它的高度只有6分鐘的微重力。

但在這段時間裡，這個微型晶元一度保持著成為太空中最冷地點的記錄。

最重要的是，德國研究人員仍然設法塞進了100多個實驗。他們的研究結果將會影響我們將來研究宇宙中大物體的方式。

在瑞典基律納進行的「邁烏斯1號」(MAIUS 1)微重力實驗是旨在研究微重力條件下一種特殊的第五態物質——玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)的幾次任務中的第一次。

原子的集合通常以一種我們從理論上可以把它們看作是在人群中穿行的個體的方式，以能量的方式擺動。

一旦能量被帶走，它們就會進入一個暫時的靜止狀態，最終會以一組相同的特性或量子態結束。它們不再按照自己的節奏跳躍，而是變得難以分辨——一個只有一個身份的超級粒子。

這種冷凝物對於希望探索粒子行為更深層本質的物理學家來說是非常有用的。

要讓粒子安靜下來，通常需要將它們置於電磁陷阱中，同時仔細調諧激光以完美的定時打擊它們，有點像在鞦韆上擊打一個人，使其減速而不是加速。

一旦原子安靜下來，陷阱就可以關閉，實驗就可以開始了。快一點——你需要抓住原子云，然後再滴到容器的底部。

如果沒有重力的影響，研究人員將有更多的時間進行更複雜的實驗。

MAIUS 1是第一次嘗試在自由落體中創造BEC。

通常，BECs需要一間設備室來冷卻原子。因此，許多德國研究機構的研究人員不得不首先合作，以使這個裝置小型化。

最終的結果是一個含有銣原子的小晶元，它可以被裝入一個探測火箭(一種無人駕駛的研究船)中，並發射到243公里(150英里)的高度。

在它的頂部，晶元冷卻到-273.15攝氏度(-459.67華氏度)。

這比回飛棒星雲要冷幾度，回飛棒星雲是我們所知道的最冷的自然天體。所以在那一刻，銣原子云確實是宇宙中已知的最冷的東西。

在六分鐘內，火箭經歷了最小的重力，然後加速返回地球。總的來說，研究小組用110種不同的方法來測量重力是如何影響俘獲和冷卻過程的，以及這種雲是如何自由下落的。

他們進行的一組特別的實驗可能對新興的引力波研究非常有用。

為了探測黑洞和中子星等相互碰撞的怪物所產生的時空漣漪，天體物理學家目前將激光束分離並重組。它們波中的差異表現為干涉模式。

他們的測試結果表明，BECs可以提供另一種方法來檢測這些波，並有可能從當前的程序中提取不同的頻率。

研究人員用激光將雲層分成兩半，然後讓他們重新組合。由於它們應該共享相同的量子態——包括它的波動性質——兩者合併時的任何差異原則上都可能意味著外部影響。比如它們引力場的變化。

在地球上，沒有足夠的時間來收集準確的讀數。在自由落體運動中，BEC可能會停留足夠長的時間來探測引力波，至少在理論上是這樣。

幾個月前，美國國家航空和宇宙航行局(NASA)宣布了他們自己的世界第一——國際空間站(ISS)軌道上的BEC的誕生。

雖然這並不是第一個在低g環境下產生的BEC，但是國際空間站的冷原子實驗室將在超冷實驗期間打破自己的記錄。

隨著越來越多的MAIUS任務即將到來，全球範圍內的超冷研究將把我們帶入太空探索的新時代。

這項研究發表在《自然》雜誌上。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！