9.7皮开尔文！中国科学家打破人类低温纪录

近日，中国科学院空间科学与应用总体部举行中国空间站成果发布会，宣布在空间站超冷原子物理实验柜中，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》。

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，在一批院士专家的指导下，在工程各大系统大力协同下，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联合完成。

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，如今取得重大突破，历时15年。这是系统总体、科学团队、工程团队集智攻关、团结协作的结果。

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。

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，冷却效率大幅提升，温度也能够降至更低，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。

科学方案确定后，团队历经近两年，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。

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最高水平，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。

《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，代表了超低温膨胀领域当前最高水平”。

在科学意义上，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。

（大众新闻记者 董婉婉 金芮宏）