航天強國/「天宮」超級冰箱 誕生最冷人造物質 超冷原子物理實驗系統開放共享 港中大已提合作計劃
「2017年，美國記者寫過標題，說宇宙中最冷的那個點，在NASA的冷原子實驗室，但今天站在這裏，我想說，宇宙中最冷的點，應該在中國的空間站。」在北京舉行的中國空間站成果發布會上，北京大學電子學院教授周小計說。
在空間站超冷原子物理實驗櫃中，中國科學家率先利用全光阱冷卻技術，成功將銣原子雲的等效溫度降至9.7皮開爾文（pK，一萬億分之一開爾文），並可持續觀測7秒。這打破了人類迄今為止的低溫紀錄，製備出目前已知最冷人造物質─銣原子雲。中國載人航天工程空間應用系統已宣布，將向包括港澳在內的全球科學家開放這一「超級冰箱」前沿平台，當前香港中文大學團隊已提出首個合作計劃。\大公報記者 劉凝哲
該項目在中國載人航天工程辦公室、中國科學院的領導支持下，由中國科學院空間應用工程與技術中心牽頭論證管理集成、北京大學與中國科學院上海光學精密機械研究所聯合完成。項目從2011年開始論證，到2022年研製成功、隨「夢天」艙發射，如今取得重大突破，歷時15年。該項工作成果論文《太空中低於10皮開爾文的量子氣體》於11月6日在線發表於國際期刊《科學》。
可用於地球重力場高精度測量
最冷，究竟意味着什麼？
原子在永不停歇地做無規則熱運動，溫度的降低意味着運動速度的減慢。只有降低至接近絕對零度（0開爾文，即零下273.15攝氏度）時，原子才被「凍」到幾乎靜止。當原子溫度被降低至納開爾文（十億分之一開爾文）量級甚至更低、且密度足夠高時，它會呈現玻色─愛因斯坦凝聚等宏觀量子現象──原子們不再無規則地亂跑，而形成了一支整齊劃一的「儀仗隊」。這有助於科學家研究前沿物理問題，開展精密測量、量子計算、量子模擬等領域的研究應用。
周小計說，「在空間站的微重力環境，可以在低於1赫茲的阱中捕獲到原子，從而為我們開展極低溫原子的量子模擬和量子精密測量提供了可能。」
創造最新紀錄的中國空間站「超級冰箱」，是由上海光機所牽頭研製的超冷原子物理實驗系統。論文共同通訊作者、上海光機所研究員陳衛標介紹，這一裝置能幫助解決極低溫下量子氣體的相變、非平衡動力學、量子多體關聯、低維量子物理等基礎物理問題，推動對早期宇宙模擬、超輕暗物質探測等前沿課題的研究；超低溫原子可用於更高精度的原子干涉儀、量子傳感器和空間時頻基準，服務於地球重力場測量、慣性導航及基本物理常數檢驗。
《科學》審稿人評價，該工作「是超冷原子精密操控的重要里程碑，對基礎物理研究及空間導航、地球觀測等應用有重要價值，刷新了超低溫膨脹的最高紀錄」。
在中國空間站超冷原子物理實驗櫃重大成果公布的同時，中國載人航天工程空間應用系統正式宣布，將向包括港澳在內的全球科學家開放這一前沿平台。大公報記者獲悉，當前香港中文大學團隊已提出首個合作計劃，有望產出「超級冰箱」與香港科學界合作的首個成果。
中國載人航天工程空間應用系統總設計師、中國科學院空間應用中心副主任呂從民表示：「歡迎大家到中國空間站的超冷原子物理實驗櫃開展實驗研究，共享實驗機會，共同為人類科技進步作出新的貢獻。」
未來2至3年持續產出成果
上海光機所研究員李唐向大公報記者表示，香港中文大學團隊已與他們取得聯繫，提出一項合作想法，這是該實驗櫃首次與香港團隊開展合作。據報道，港中大物理系長期從事超冷原子與分子方面的研究，這與空間站超冷原子物理實驗櫃的研究方向高度契合。
對於兩地科學家在空間站超冷原子物理實驗櫃開展合作的模式，李唐介紹，主要是由香港科學家提出研究想法後，團隊先在地面鏡像系統上完成演示，驗證初步結果；隨後將實驗流程編成軟件指令，發送至空間站超冷原子櫃，由實驗櫃自主開展實驗；數據回傳後，雙方共同分析物理規律。整個合作過程，無需航天員在軌操作，亦無需更換樣品，合作渠道非常通暢。「未來的機會非常多，兩地有非常廣闊的合作空間。」李唐說。
李唐還介紹，目前超冷原子物理實驗櫃仍在空間站正常運行，未來2-3年將持續產出成果。科學目標方面，團隊在實現玻色─愛因斯坦凝聚之後，下一步將開展費米簡併氣體研究。應用層面，當前有效觀測時間為7秒，未來將逐步延長至十幾秒、幾十秒乃至上百秒；觀測時間越長，原子干涉儀探測暗物質、引力波的靈敏度有望實現數量級提升。
