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引用 宇宙最低温度将让位于国际空间站   

2014-02-21 00:37:46|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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利用美国宇航局的冷原子实验室,科学家们计划在空间站上创造出温度几乎接近绝对零度的超低温环境,从而使他们可以在这样的特殊环境下开展量子力学方面的研究工作。

 

科学探索 来源:新浪科技

 
美国宇航局的冷原子实验室使用磁阱技术限制粒子,并使其冷却至几乎达到绝对零度的极端低温环境
 

美国宇航局的冷原子实验室使用磁阱技术限制粒子,并使其冷却至几乎达到绝对零度的极端低温环境

 

  据美国太空网报道,空旷的太空极度寒冷,但“寒冷之最”的桂冠可能很快就将让位于国际空间站。利用美国宇航局的冷原子实验室,科学家们计划在空间站上创造出温度几乎接近绝对零度的超低温环境,从而使他们可以在这样的特殊环境下开展量子力学方面的研究工作。

  美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的罗伯特·汤姆森(Rob Thompson)表示:“我们将在比自然界中任何地方都更低的温度环境下开展物质研究。”汤姆森是冷原子实验室的项目科学家,这是一个特殊的“原子冰柜”,计划在2016年送到国际空间站。

  汤姆森表示:“我们计划将有效温度降至大约100皮开,这相当于绝对零度以上仅100亿分之一度。”当铷和钠的原子被冷却到接近绝对零度,它们将同时表现出粒子和波的特征,构成单个的物质波。这就是所谓的“玻色-爱因斯坦凝聚”(BCEs),这种现象最早是由爱因斯坦和印度物理学家玻色在20世纪初预言的。将两个BCE态物质叠加,它们并不会表现为类似普通气体的相互混合的特征,而是表现出波的特征——这两者会发生相互干涉,于是两个原子结合之后没有产生任何原子。就像两个波,波峰和波谷相遇叠加之后整个波消失一样。

  汤姆森表示:“冷原子实验室将让我们得以在迄今最低温的环境下开展研究工作。”

  研究人员也将有机会在空间站上混合超低温原子气体。这些原子将在没有扰动的情况下自由漂浮,这将让以极高的灵敏度去测量原子间相互作用成为可能。汤姆森表示:“这将导致有趣的新量子现象的发现。”

  国际空间站是开展此类实验的理想场所,因为这里没有重力的干扰。热力学的一项基本原理是:当气体膨胀时会伴随着冷却过程。当你将一个气体罐子中的气体喷出一部分,这个罐子的温度会稍稍降低,因为其内部剩下的气体必须相应膨胀,以填满空出的空间。

  量子气体的冷却过程与之相似,只是利用了一种名为“磁阱”的人造装置来代替气体罐子。当粒子被这个装置捕获,其中那些最活跃的粒子会逃脱,这样剩下的那些粒子就会降温,这就跟你喷出罐子里的气体导致剩余气体降温是一个道理。

  汤姆森表示:“在国际空间站上,这样的磁阱装置就可以非常脆弱,因为在这里它将不需要支撑原子来克服地球的重力。”他说:“更弱的的磁阱可以让气体膨胀并达到更低的温度水平,这是地面条件下难以做到的。”

  冷原子实验室取得的这些进展的实际用途包括量子探测器,物质波干涉仪,以及原子激光器等等。如果温度足够低,研究人员或许也将可能可以将量子波累加,拼凑成人的头发丝那么宽。汤姆森表示:“这就意味着人的眼睛将能够看到它。”他说:“我们正一头闯进未知领域。”

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