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中国科学院空间应用工程与技术中心举行中国空间站成果发布会宣布，中国科学家团队“十五年磨一剑”，在国家太空实验室被形象称为“超级冰箱”的超冷原子物理实验柜中，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，实现已知宇宙最冷点“落户”中国空间站。


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具体而言，中国科学家基于国家太空实验室的“超级冰箱”，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。


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这一标志着中国科学家向绝对零度(0K，相当于零下273.15摄氏度)迈进一大步的重大突破工作，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。北京时间11月6日凌晨，相关成果论文《太空中低于10皮开尔文的量子气体》在国际学术期刊《科学》上线发表。


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据介绍，在中国载人航天工程办公室、中国科学院等支持下，中国空间站超冷原子物理实验柜项目2011年开始论证，2022年研制成功、随“梦天”舱发射，到如今打破人类低温纪录，项目科学团队、工程团队集智攻关历时15年。


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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，最终获得创纪录的低温突破。


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与国际“磁阱”方案相比，超冷的中国方案难度更大，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。


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中国方案确定后，项目团队先后完成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20立方米、重10吨的实验系统集成到0.7立方米、重0.5吨的超冷原子物理实验柜中。


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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。


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向绝对零度迈进，是物理学界持续百年的挑战。此次发表的实验结果超越国际同行，表明目前中国已达到国际冷原子物理相关实验技术一流水平，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。


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诺贝尔物理学奖得主、美国麻省理工学院物理系教授沃尔夫冈·克特勒( Wolfgang Ketterle)评价称，这是超冷原子领域的一项重大成就；这一成就现在是一个很好的起点，可以推进原子温度测量和精密测量。


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《科学》审稿人认为，该工作成果是超冷原子精密操控的重要里程碑，对基础物理研究及空间导航、地球观测等应用有重要价值，刷新了超低温膨胀的最高纪录。


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发布会上，中国科学家解读说，这次创造低温纪录的成果，在科学意义上，将帮助解决极低温下量子气体的相变、非平衡动力学、量子多体关联等基础物理问题，推动对早期宇宙模拟、超轻暗物质探测等前沿课题的研究。


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在应用意义上，既能为量子模拟提供纯净、灵活的实验平台，也能为高精度原子钟、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。同时，超低温原子可用于更高精度的原子干涉仪、量子传感器和空间时频基准，服务于地球重力场测量、惯性导航及基本物理常数检验，未来将有助于提升中国在空间量子科技领域的国际竞争力。(完)


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（转载中国新闻网）