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國際太空站的物理研究設施冷原子實驗室(CAL) 有望成为已知宇宙中最冷的地方
2024-04-20 05:06:43 *
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作者 主題: 國際太空站的物理研究設施冷原子實驗室(CAL) 有望成为已知宇宙中最冷的地方  (閱讀 2942 次)
peter
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« 於: 2014-10-24 09:46:21 »

有望成为已知宇宙中最冷的地方
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國際太空站的物理研究設施冷原子實驗室(CAL)
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绝对零度之上约十亿分之一度

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NASA创造出超低温“玻色-爱因斯坦凝聚态
http://www.cnbeta.com/articles/339225.htm


据物理学家组织网10月21日(北京时间)报道,美国国家航空航天局(NASA)冷原子实验室(CAL)宣布,其团队在NASA喷气推进器研究室成功制造出玻色-爱因斯坦凝聚态,这对于在2016年底将首次亮相空间站的特殊仪器来说,是个关键性的突破。

冷原子实验室的目标,是研究在特殊仪器中产生的超冷量子气体。科学家会在空间站用这种仪器探索在没有地心引力影响的微重力状态下,因超冷温度几乎静止、停留时间更长的原子之间如何相互作用。

玻色-爱因斯坦凝聚态在1995年被观测到,成为有史以来最热门的物理话题之一。凝聚态仅在宇宙绝对零度之上百万分之一摄氏度的温度中形成。在严酷的温度条件下,量子机制控制下的原子表现异常,开始聚结、交迭并逐步同步,形成物质的全新状态,比如同时表现出波和粒子两种状态。

极端温度下对量子现象进行观察,能验证一些最重要的物理学基础定律。“冷原子实验室的地面测试平台是NASA喷气推进器实验室最冷的地方,达到了200纳开温度(1开尔文温度等于十亿纳开)。”该项目科学家罗博·汤普森说,虽然凝聚态在地球上很多地方都曾制造出来,但在空间站的微重力环境中,低至微微开(1开尔文等于1万亿微微开)的温度和长时间相干状态可能同时获得,并将创造出从未在宇宙中观察到的最冷物质。

这项研究厉害之处在于,能在几秒之内就生成稳定的玻色-爱因斯坦凝聚态。冷原子实验室的研究人员用激光冷却一种化学成分为铷的原子,最终他们还会加入钾原子。除了生成凝聚态,该实验室还提供了配套工具,用几种不同的方法来操控和探测这些量子气体。

这一成果丰富了我们发展精密敏感量子探测器的知识。这类量子探测器可监测地球和其他星体的地心引力,或制造更先进的导航装备。“超冷原子同样会影响光频原子钟的发展,这种原子钟会成为未来的时间标准。”汤普森说,“NASA不仅用最先进的望远镜向外观察广袤的宇宙,也会在原子尺度上向内探索物理科学。”
« 最後編輯時間: 2020-06-14 12:27:47 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #1 於: 2017-03-08 23:43:47 »

http://familystar.org.tw/component/option,com_smf/Itemid,45/topic,15427.0/index.php

    
Boomerang Nebula 回力棒星雲 是宇宙中最冷的地方嗎 1度K

==
https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6765

NASA Wants to Create the Coolest Spot in the Universe

http://www.news.com.au/technology/science/space/nasa-creating-the-coolest-spot-in-the-universe-to-better-understand-matter-and-gravity/news-story/cdb09916e645bce4b2fed954349b348f


billionth of a degree above absolute zero



http://www.cnbeta.com/articles/science/590841.htm

NASA通过努力打造了一个小盒子,看起来不起眼,它可是宇宙最冷的地方(达到绝对零度之上约十億分之一度),
比深太空温度低1亿倍。据说,这个小盒子被称为“寒冷原子实验室(CAL)”,原子被冷却后将形成一种独特的“超流体”物质状态,叫做“玻色-爱因斯坦凝聚态”。

需要注意的是,这个盒子里放置着激光器、真空舱和“电磁刀”,而这把电磁刀能够消除气体粒子能量,同时冷却气体原子至绝对零度之上约十亿分之一度后,将使原子无摩擦地移动,好像它们都是一种固体物质。它们观测结果更像波,而不是粒子,它们排列移动,每个粒子看上去像“神秘波形”

« 最後編輯時間: 2017-03-08 23:49:49 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #2 於: 2018-08-09 17:30:18 »

https://technews.tw/2018/08/09/bose-einstein-condensates-cold-atom-laboratory-toe-quantum-phenomena/

太空總署(NASA)今年 5 月正式送上國際太空站的物理研究設施冷原子實驗室(CAL),已證實在太空中首次創造出愛因斯坦預言的玻色–愛因斯坦凝態,環境溫度低達 100 nK,將幫助科學家理解鬼魅般的量子力學,以及重力如何在最小尺度上發揮作用。量子力學負責解釋除重力之外的所有基本力(電磁交互作用、強交互作用、弱交互作用)如何在最小尺度上工作,而廣義相對論則解釋重力在最大尺度上的表現。為了搞清楚至今都還被籠罩在迷霧之下的量子力學,以及重力如何在最小尺度上與物質相互作用,科學家正在進行一系列實驗,比如前幾個月剛在國際太空站(ISS)就定位的冷原子實驗室(Cold Atom Laboratory,CAL)。

最近 NASA 噴射推進實驗室證實,冷原子實驗室已經從太空中利用銣原子創造出玻色–愛因斯坦凝態,據報告,實驗室環境低達 100 nK(=0.0000001 K),比太空平均溫度3.15 K(-270℃)低約 3 K。

玻色–愛因斯坦凝態(Bose-Einstein condensates,BECs)是玻色子粒子在冷卻到接近絕對零度時,所呈現出一種超流性的物態,也是物質的第五態,最早由物理學家薩特延德拉·納特·玻色和阿爾伯特·愛因斯坦於 1920 年代預測。

理論上,玻色–愛因斯坦凝態是是將原子保持在極低溫狀態的超冷原子,接近絕對零度,此時原子的量子力學性質開始彰顯,不同狀態的原子可以凝聚成相同狀態,就像是不同物質的原子在不同狀態下被大一統。

科羅拉多大學鮑爾德分校科學家 Eric Cornell 及 Carl Wieman 是最早創造出玻色-愛因斯坦凝態的團隊,利用氣態銣-87 原子在 170 nK(1.7×10-7  K)的低溫下首次獲得 BECs;4 個月後,麻省理工學院科學家 Wolfgang Ketterle 使用鈉-23 原子獨立獲得了玻色-愛因斯坦凝態。

自那時起,科學家在地球上進行過數百次 BECs 實驗,但受限於地球重力拉扯原子,這些狀態轉瞬即逝,導致科學家無法進一步詳細觀察。因此,美國太空總署(NASA)決定將實驗室打上處於微重力環境的國際太空站,在那裡,玻色–愛因斯坦凝態能持續 5~10 秒,並且每天實驗可長達 6 小時。

除銣元素外,CAL 團隊也嘗試使用 2 種不同的鉀原子同位素來創造 BECs,目前 CAL 仍處於調試階段,但已有 5 個科學小組在摩拳擦掌等待正式實驗啟動,其中就包括了 Eric Cornell 團隊。

給這台儀器一點時間,它將幫助科學家了解重力如何在最小尺度工作,以後結合歐洲核子研究中心與世界各地粒子物理實驗室進行的高能實驗,最終將能解釋萬有理論(Theory of Everything,ToE),並揭露宇宙的運作方式
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« 回覆文章 #3 於: 2018-10-18 21:24:43 »

https://www.cnbeta.com/articles/tech/778533.htm

英国《自然》杂志17日发表一项物理学重磅研究:科学家们在太空中首次创造了“物质的第五态”——玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)。基于玻色—爱因斯坦凝聚实验得到的见解,将会促进天基引力波探测器的发展。
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« 回覆文章 #4 於: 2018-10-28 11:28:17 »

http://www.tam.museum/astronomy/astronomy_detail.php?lang=tw&id=291

科學家們製造出了第一批在太空中的玻色-愛因斯坦凝態(Bose–Einstein condensate,以下簡稱BECs),此一壯舉使我們能夠更精確地偵測重力波和暗物質,並加深我們對粒子物理基本知識的了解。
 
BECs是一種物質狀態,有別於固、液、氣、電漿態,它是將原子冷卻到非常接近絕對零度(-273.15℃)所表現出的相態,在如此低溫的環境下,原子的運動非常非常緩慢,使得它們聚在一起時,一團原子表現的如同一個原子一樣,被研究團隊內的科學家稱為「量子力學物體」。BECs最初是在1995年由2位科學家在實驗室中成功呈現的,它能夠協助研究原子在量子態下的各種行為。 而今,一組研究人員成功地在太空中製造出了BECs,科學家Maike Lachmann表示,BECs的研究也可以用來「掃描地球的重力場」乃至「偵測重力波或尋找暗物質」。在一個探空火箭上,研究團隊將一個裝滿銣-87原子的微型晶片置於其中,在六分鐘的飛行過程中,他們總共完成了80個實驗。

而這項實驗需要「一個高度真空室、一個在單一頻率上穩定的雷射系統、強力的電子控制設備,以及一個自動工作的軟體設計」雷射可以減緩原子的速度,電子控制設備和軟體可以讓科學家遠程控制,而真空室可以封閉一切。除此之外,研究團隊還必須設計出規模小到足以登上火箭的器材,因為通常這樣的器材都會佔滿整個實驗室,所以他們投注了大量精力在兼顧穩定性、自動化、規模縮小化,同時這也是「微重力物質波干涉(Matter-Wave Interferometry in Microgravity,MAIUS-1)」任務的一部分。

Lachmann表示在地球上,BECs受重力影響一定會掉落在「地上」,故無法有效延長測量時間,為了在微重力環境下做研究,他們利用探空火箭做為前哨站,並展示在太空中製造BECs的能力,以期未來能夠在國際太空站這樣的環境下研究原子在量子態下的行為,此項研究成果也登載在Nature期刊。
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« 回覆文章 #5 於: 2020-06-14 12:30:19 »

https://www.cnbeta.com/articles/science/990563.htm
有望成為已知宇宙中最冷的地方
玻色–爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态。当粒子凝聚成奇异的宏观量子物体时,它们为科学家打开了研究奇异行为的大门。由于这种凝聚是在微重力下(而不是在地球引力附近)进行的,因此分散需要的时间要长得多。这就为研究上述凝聚留出了时间。

为了使这个实验室成为 “已知宇宙中最冷的地方”,国际空间站上的研究人员需要在极低的温度下制造出持续5秒的玻色–爱因斯坦凝聚。到目前为止,他们已经在绝对零度以上200万亿分之一的温度下制造出持续一秒多的玻色–爱因斯坦凝聚。未来,他们希望能降到绝对零度以上20万亿分之一的温度--这是有史以来最冷的实验。
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