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几乎接近绝对零度!科学家利用量子气体,实现有史以来最冷温度

前瞻网    2021-09-11 09:25

 

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德国的物理学家在实验中成功达到了有史以来最冷的温度——比绝对零度高出38万亿分之一的究极低温!这个奇怪的实验通过让量子气体自由落体,成功使原子几乎完全静止。

-273.15°C(-459.67°F)——绝对零度,即0K,是热力学尺度上可能的最冷温度,代表着完全没有原子运动或热量的点。理论上来说绝对零度是不可能实现的,因为我们不可能从一个系统的原子中消除所有动能。

但是,科学家们曾几度非常接近。几年前,哈佛大学的一个研究小组在500纳米开尔文(K),或绝对零度以上500万分之一的温度下研究了有史以来最冷的化学反应。而国际空间站上的冷原子实验室在仅为100纳克尔文的温度下进行了实验。

这些温度已经很低了,但离绝对零度仍然有一段距离。日前,一项最新研究将几乎实现了绝对零度!一个德国团队现在记录的有效温度仅为38皮克开尔文,或绝对零度以上的38万亿分之一。

为了做到这一点,研究人员从一个由10万个铷原子组成的云开始,将其困在一个真空室的磁场中。然后他们将其冷却,形成一种被称为玻色-爱因斯坦凝结物(BEC)的量子气体,在那里原子开始像一个大原子一样行动,奇怪的量子效应在宏观尺度上变得可见。

然而,在绝对零度以上20亿分之一的温度下,这还不够冷。因此,研究小组在不来梅落塔研究设施进行了一次实验,将BEC放到120米(393.7英尺)的地方。在自由落体过程中,研究小组反复关闭和开启含有气体的磁场。

当磁场关闭时,气体开始膨胀,而当它被重新打开时,气体又被迫收缩。这种切换使气体的膨胀几乎减慢到完全停止,而减少这种分子速度可以有效地降低温度。

虽然该实验只设法实现了这一破纪录的温度长达两秒钟,但模拟显示,在失重环境中,如在卫星上,应该有可能保持长达17秒。

该研究题为'Collective-Mode Enhanced Matter-Wave Optics',发表在《物理评论快报》期刊上。

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责任编辑: 4150ZYN

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