本所声明  |  联系方式  |  中国科学院  |  数字认证(OA)   |  ARP  |  English  |  邮箱
新闻动态 > 科研动态

中国科学家打破人类低温纪录

近日，中国科学家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。这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，标志着中国科学家向绝对零度迈进一大步。该项工作成果论文《太空中低于10皮开尔文的量子气体》于11月6日在线发表于国际期刊《科学》。

量子气体的等效温度

该项目在中国载人航天航天工程办公室、中国科学院的领导支持下，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（以下简称“上海光机所”）联合完成。上海光机所作为工程总体，负责超冷原子物理实验柜的研制工作。中国空间站超冷原子物理实验柜项目从2011年开始论证，到2022年研制成功、随‘梦天’舱发射。

向绝对零度迈进，是物理学界持续百年的挑战。此次实验结果超越国际同行，表明目前我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。

微重力环境下全光玻色-爱因斯坦凝聚

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，温度能够降至更低，且可持续观测时间更长。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，最终获得低温突破。与国际“磁阱”方案相比，“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。

在科学方案确定后，上海光机所历经多年的艰苦努力，完成了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20m3、重10吨的实验系统集成到0.7m3、重0.5吨的超冷原子物理实验柜中。其中涉及到原子物理学、激光技术、精密光学设计、超高真空技术、自动控制技术、航天工程学等诸多领域，是空间站最复杂的载荷之一。如此复杂精密的仪器还同时需满足航天高集成、低功耗、高可靠性的要求，并通过航天级试验，才能发射到空间站。在轨运行4年以来，超冷原子物理实验柜始终保持良好工作状态，获得了国际最低的原子等效温度，证明了工程研制的成功。

超冷原子物理实验柜飞行件

将原子冷却至接近绝对零度，能够使原子的德布罗意波波长变长到可观察尺度（如几百微米），原子云的相干性大大增强，此时，量子规律从微观粒子“浮现”为可观测、可调控的物质形态，能够为量子模拟提供纯净、灵活的实验平台，也能够为高精度原子钟、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。该成果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；在应用意义上，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，未来将有助于提升我国在空间量子科技领域的国际竞争力。

不同飞行时间（TOF）下原子云的演化

《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新记录”。上海光机所陈卫标研究员和李唐研究员分别是论文的共同通讯作者和共同第一作者。

超冷原子物理实验柜系统试验队出征合影

相关论文信息

附件下载：

copyright 2000- 中国科学院上海光学精密机械研究所 沪ICP备05015387号-1
主办：中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市嘉定区清河路390号(201800)

转载本站信息，请注明信息来源和链接。 沪公网安备 31011402010030号


上海光机所
微信公众号

尚光聚力
微信公众号