寒冷和偏遠：將酷炫的量子研究帶入太空

今年五月，一枚軌道ATK Antares火箭發(fā)射到太空，成為繞地球運行的最酷實驗室之一。實際上，它是一個超冷的，被稱為冷原子實驗室。

多年來，在規(guī)劃中，CAL就是一個價值7000萬美元的國際空間站設(shè)備，包括由弗吉尼亞大學(xué)物理學(xué)家Cass Sackett設(shè)計和指導(dǎo)的實驗。

使用激光和磁鐵來控制真空室中的原子，冷卻器大小的實驗室允許Sackett和一個國際團隊的同事在太空(遠程，來自地球)做藍色星球上無法做到的事情 - 即行為持續(xù)試驗最基本水平的物質(zhì)如何在超低溫下的“微重力”條件下運行。由于地球的強烈重力影響原子的運動，這是CAL實驗中感興趣的主題，因此不能在地球上做得那么好。

“近乎失重的軌道使我們能夠放慢速度來爬行原子的運動，幾乎就像它們被凍結(jié)在原地一樣，讓我們??能夠觀察到我們在地球物理實驗室中從未觀察到的行為，”Sackett說。“CAL應(yīng)該讓我們更好地理解重力本身，以及量子力學(xué)的新應(yīng)用。”

量子力學(xué)是一個重要但看似奇怪的物理領(lǐng)域，其中日常牛頓物理學(xué)的規(guī)則落在了路邊，原子從精確位置的單個實體轉(zhuǎn)移到某種程度上同時在許多地方并且在波浪中組合在一起。CAL實驗通過巧妙的技術(shù)和技術(shù)在零下-4華氏度(比在自然界任何地方發(fā)生的更冷)進行，可以提供新的見解，因為原子被迫減速并且在創(chuàng)造的物理條件下表現(xiàn)得非常不自然。

“量子力學(xué)負責(zé)從計算機到熒光燈的各種技術(shù)，”Sackett說。“通過推動量子力學(xué)進入這一新體制，我們希望開辟新的應(yīng)用和新的科學(xué)。”

CAL實驗可以為太空旅行提供更精確的導(dǎo)航系統(tǒng)，基于微小引力變化的地球測繪系統(tǒng)和使用新的測繪技術(shù)改進的自然資源搜索方法。

Sackett將于本月開始他自己的實驗，并與其他大學(xué)的科學(xué)家分享CAL的實驗時間，所有科學(xué)家都指導(dǎo)地球活動，就像地球上的天文學(xué)家使用太空觀測站進行實驗一樣。這些實驗由航空航天局的噴氣推進實驗室協(xié)調(diào)，其中使用無線電鏈路將指令上傳到CAL并下載結(jié)果數(shù)據(jù)。

“物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)在地球上進行了30多年的實驗，從一開始就很明顯，在零重力下工作會帶來巨大的優(yōu)勢，”Sackett說。“很高興看到這個夢想終于實現(xiàn)了，甚至更好地成為參與其中的人之一。”