只比绝对零度高约百亿分之一摄氏度:空间站把铷原子云冷到九点七皮开尔文,稳定观测七秒

先看数字：九点七皮开尔文，稳定七秒。这两个数来自中国空间站梦天舱里的超冷原子物理实验柜，由中科院空间应用工程与技术中心的研究团队完成，十一月六日经新华社披露。它同时刷新了两项人类纪录——最低温度，以及在这个温度上停留的时长。

温度低到什么程度，需要换算一下才好理解。一皮开尔文是一万亿分之一开尔文，绝对零度约为零下二百七十三点一五摄氏度。九点七皮开尔文，相当于这团原子的温度只比那个理论下限高出大约一百亿分之一摄氏度。

对比上一任纪录保持者会更直观。二〇二一年，德国一支团队用原子芯片磁阱把铷原子云冷到三十八皮开尔文，自由膨胀时间约两秒。这一次，温度被压到对方的四分之一上下，观测窗口从两秒拉长到七秒。别小看这五秒的差距：极低温下的物理信号极其微弱，能看多久，直接决定能测到什么。

空间站之所以关键，是因为重力。地面上的原子云会往下掉，想让它悬在空中就得加大束缚力度，而束缚本身会注入能量，温度反而降不下去，所以地面同类实验的稳定观测通常只有零点零五秒。到了微重力环境，原子云几乎自由漂浮，极弱的光学约束就足以完成深度冷却。

技术路线也不是照搬。国际同行多用原子芯片磁阱，中国团队选的是全光阱：用聚焦激光搭出势阱，不受磁场干扰，还方便与后续的光晶格实验衔接，扩展性更好。

把这套装置搬上天，本身是一场工程硬仗。地面原型占地约二十立方米、重十吨；装进实验柜的版本只有零点七立方米、约五百公斤。压缩的不只是体积——超高真空怎么获得、高功率光纤激光器怎么塞进去、二十余束激光如何精准汇聚到直径几十微米的原子云上，每一步都要重做。最终的对准误差被控制在五微米以内，这个尺度大约只有头发丝直径的十分之一，同时还得满足航天级的高集成、低功耗与可靠性要求。实验柜二〇二二年随梦天舱入轨，项目从论证到拿到成果，前后约十五年。

物理上发生了什么？当温度逼近绝对零度，铷原子云进入玻色与爱因斯坦当年预言的那类凝聚态，原本各自乱窜的原子开始表现出宏观量子行为。论文摘要给出的数据是：凝聚体包含约两万个原子，等效温度的不确定度为加三点二、减二点七皮开尔文；这是人类首次在微重力条件下用全光阱制备出量子简并气体。

意义分两层。科学上，更低的温度与更长的自由演化时间，让相变、非平衡动力学、多体关联这些课题有了地面难以复现的实验条件，也能为早期宇宙模拟、超轻暗物质探测提供平台。应用上，超冷原子是量子传感器、原子干涉仪以及空间时频基准的核心材料，重力场测量、惯性导航、基本物理常数检验都靠它。

论文《太空中低于十皮开尔文的量子气体》当天发表在国际期刊《科学》上。审稿人的评语是：这项工作代表了超低温膨胀领域目前的最高水平。

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