25年以来，物理学家一直使用由超冷原子制成的奇异状态的物质来探测宏观尺度的量子行为。现在，他们可以在太空中做到这一点。
这一壮举来自于美国宇航局耗资1亿美元的冷原子实验室的物理学家，该实验室于2018年6月在国际空间站上开始运作。结果的原理证明，该实验室可以通过以下方式成功利用空间的微重力：应该允许科学家创造地球上不可能发生的现象。该设施有望成为已知宇宙中最冷的地方。
“我认为这只是一个了不起的成就，”马萨诸塞州北安普敦市史密斯学院的理论物理学家考特尼·兰纳特（Courtney Lannert）说。这项研究结果发表1的自然 6月11日。
外来行为
Bose-Einstein凝聚体是1995年首次创建的，它是在原子云被冷却至刚好超过绝对零时形成的。在此温度下，粒子的波状量子性质占主导地位，它们聚结成一个宏观的量子对象，物理学家可以用来研究奇异的行为。
宇宙最酷的实验室将打开量子世界
在地球上，重力限制了对这些云的研究，因为它们会迅速分散，除非重力的作用被强磁场抵消。但是在微重力作用下，凝结物会持续更长的时间，从而可以进行更精确的研究。而且由于原子的弱磁性“陷阱”可以在太空中使用，物理学家可以将其冷却到更低的温度，部分原因是利用一种允许冷凝物膨胀的冷却冷凝物的技术。“大多数量子物理学家会说冷原子实验很酷，但是要使它们更冷，就必须将它们带入太空，”加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的CAL任务经理Kamal Oudrhiri说。
研究人员使用CAL的精密激光和高真空产生的凝结水在比绝对零值高出200万亿分之一度的情况下，寿命超过一秒，与地球上一些最成功的实验相提并论。Oudrhiri说，在未来的实验中，该团队计划下降到创纪录的20万亿度，并产生持续5秒的冷凝水。那将使其成为已知宇宙中最冷的地方。
洗碗机大小的实验室
冷凝液不是太空中首先产生的。在暂时穿过障碍物进入太空的火箭上进行的实验以及在地球上使用下降塔的火箭上的实验，都表明了这一阶段的物质在微重力下的行为。华盛顿州立大学普尔曼分校的物理学家Maren Mossman说，但是CAL是此类环境中永久存在的同类实验室中的第一个，并且可能只是一系列基于空间的冷原子实验室中的第一个。她说，它的成功不是确定的。CAL放置的工具包通常将整个实验室填充到洗碗机大小的空间中。
这些只是实验室的第一批结果。莫斯曼是一个使用CAL来创建Efimov状态的团队的成员，Efimov状态是一组以三但不是二的形式结合并且长期着迷于物理学家的粒子。
其他团队也已开始进行实验，以创建仅在ISS环境中才可能出现的现象。例如，兰纳特（Lannert）的团队已开始产生30微米宽的冷凝水气泡。在地球的重力作用下，它们会聚集成碗状或薄饼状。她说，气泡的特征是稀薄无边的，这意味着它们应该产生具有新颖行为的漩涡，被称为漩涡。“除非除去重力，否则形状是不可能的。到目前为止，就陷阱所做的事情而言，它看起来确实非常好。”
太空中的“心脏手术”
该设施已经是国际空间站上最复杂的实验，在一月份进行了令人难以置信的升级。在八天的时间里，美国宇航局的宇航员克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）和杰西卡·梅尔（Jessica Meir）安装了原子干涉仪，这一过程被奥德里希（Oudrhiri）视为在太空进行心脏手术。干涉仪将云分裂成两个量子态（每个原子一次有效地存在于两个位置），然后将它们重新结合以产生干涉图。这种模式可作为凝结水周围力的灵敏指标，物理学家可利用它们来测试自然界的基本定律或寻找暗能量。Oudrhiri说，5月的测试（当冠状病毒被锁定意味着远程操作的CAL是美国唯一的冷原子实验室时）进行的测试表明，原子干涉仪正在按计划工作。
Lannert说，CAL的紧凑性质意味着必须在功能上进行折衷，并且它不是每次实验都理想的选择，因为它可以满足多个项目的需求。她补充说：“但是，权衡是值得的。” 它还允许没有自己广泛实验室的物理学家执行这些实验。“我们在一所小型的文科学院里，能够在这台机器上采集数据真是令人兴奋。”