比旋镖星云还冷，实验室温度再次向绝对零度靠近：万亿分之三十八开氏度是如何炼成的

冷原子概念图

科研人员有史以来最接近绝对零度（图源：Shutterstock）

不久前，科学家通过将磁化气体从393英尺（120米）的高塔落下，达到了一个彻骨的低温：仅比绝对零度（-273.15摄氏度）高万亿分之三十八开氏度，该温度也打破了有史以来在实验室测量的最低温度纪录。

这支德国科研队当时正在研究玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）的量子性质——BEC即所谓的“物质第五态”，是一种在超低温状态下才存在的气体衍生物。而物质在BEC状态下则会表现得像一个大原子，这也使其成为了一个极具吸引力的课题——尤其吸引那些对亚原子粒子机制感兴趣的量子物理学家。

这幅图像显示的是铷原子速度的分布，它证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。左：玻色-爱因斯坦凝聚出现前。中：玻色-爱因斯坦凝聚刚刚出现。右：几乎所有剩余的原子处于玻色-爱因斯坦凝聚状态。

温度测量的其实是分子振动：一群分子运动越活跃，则其集体温度就会越高。而绝对零度则指的是所有分子都停止运动的时刻，即-459.67华氏度或-273.15摄氏度。科学家为极端低温发明了专门温标，即开尔文温标（单位开），其中0开（0K）代表绝对零度。

物质接近绝对零度时，就会发生一些怪异之事。比如说，据2017年发表于《自然·物理》杂志的一项研究表明，光在接近绝对零度状态下变成了液体，实打实地可以“倾泻”进容器中；又比如，据同年发表于《自然·通讯》杂志的一项研究表明，过冷氦在超低温状态下将会失去摩擦力。另外，在美国国家航空航天局（NASA）冷原子实验室里，科研人员们还见证了原子在超低温状态下同时出现在两个地方的奇景。

在这项破纪录的实验中，科学家们聚集了大约100000个气态铷原子置于一个真空室的磁场中。然后，他们对这个真空室大幅降温，直至绝对零上十亿分之二摄氏度——而据图谱网New Atlas，这个温度本身也已经是一项世界纪录了。

但对于想超越物理学极限的科研人员来说，这个温度还远远不够冷；想要得到更低的温度，他们需要模拟外太空环境，于是他们把装置带去了欧洲太空总署的不来梅落塔，该落塔是位于德国不来梅大学的一所微重力研究中心。让真空室做自由落体的同时快速开关磁场，这样一来，BEC可以不受重力约束漂浮起来，从而科学家们可以将该状态下的铷原子分子运动减速至接近零。该团队8月30日在《物理评论快报》期刊上报告说，BEC在万亿分之三十八开氏度（38pK）保持了大约两秒，创造了“一个绝对零下的纪录”。在这之前的最低温纪录是百万分之三十六开氏度，由位于科罗拉多州博尔德市的美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家用专门激光创造。

不来梅大学应用空间技术及微重力中心（ZARM）的微重力落塔

宇宙中已知的最低自然温度存在于旋镖星云。旋镖星云位于半人马座，距地球5000光年；根据欧洲太空总署的数据表明，它的平均温度是-272摄氏度（约1开氏度）。

回力棒星云

这项新研究的研究人员们在一项声明中说道：在像太空之类的真正无重力环境下，理论上他们可以让这个最低温持续长达17秒。据麻省理工学院（MIT）的研究人员称，极低温在未来某一天也许能帮助科学家开发出更好的量子计算机。

相关知识

回力棒星云(英文:Boomerang Nebula)（亦称领结星云[2]）是在半人马座的方向上，距离地球5,000光年的一个原行星云。这个星云的温度经测量为1K（−272.15°C; −457.87°F），是自然界中已知温度最低之处[2]。回力棒星云是由从一颗恒星的核心逸流出的气体形成的，气体向外流出的速度是164公里/秒，并且在进入太空之后很快速的膨胀。这种膨胀是造成它温度下降的主要原因（绝热膨胀）。

BY: Joanna Thompson

FY: 坚迪柏

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