在美国国际空间站上，有一个小型冰箱大小的紧凑实验室，可以制造宇宙中最冷的东西。它被称为冷原子实验室，一段时间以来，科学家们一直在使用这个房间来研究微重力下原子的奇怪量子特性。但在周三，他们宣布他们已经达到了一个里程碑。
冷原子实验室由美国宇航局喷气推进实验室的一个团队远程操作，正式产生了一种包含两种原子的量子气体。这最终可能为量子化学中全新的太空实验打开大门。
在考虑物质状态时，气体、液体、固体和等离子体是众所周知的四种状态，但还有一种奇特的第五种物质状态，即玻色-爱因斯坦凝聚态，它是在 1990 年代首次发现的。
这种状态尚未在自然界中发现，但科学家可以创造它。玻色-爱因斯坦凝聚体是在超冷实验室中产生的，在那里，激光或磁铁帮助冷却接近绝对零度或-459华氏度的原子云。这是宇宙中最冷的温度。在这种状态下，原子减速，它们的边缘融合在一起，科学家可以观察到通常很难研究的量子效应。
在地球上，一旦实验室中的超冷磁铁或激光关闭，重力会导致玻色-爱因斯坦凝聚物消散。然而，这在太空的微重力环境中不会发生。因此，科学家们于 2018 年首次在冷原子实验室中制造了玻色-爱因斯坦凝聚态，这一年该腔室安装在国际空间站上。从那以后的几年里，他们对这种现象进行了研究，并取得了巨大的效果。
但现在，研究人员已经证明，他们不仅可以用一种原子，而且可以用两种类型的原子来制造这种量子气体。在这种情况下，他们用一团钾铷实现了这一壮举。根据喷气推进实验室的公告，未来使用这种量子气体的工作可用于帮助开发地球上已经存在的天基量子技术。
“我们可以制造对小旋转极其敏感的传感器，并基本上利用玻色 - 爱因斯坦凝聚物中的这些冷原子来制造陀螺仪，”罗切斯特大学物理学和光学教授尼古拉斯·毕格罗在一份声明中说。他是新发现的合著者。
“这些陀螺仪可以为我们提供一个固定的太空参考点，可用于深空导航，”毕格罗说。“我们还在开发一些东西，这些东西可以在太空中带来更好的时钟，这对现代生活中的许多事情都至关重要，例如高速互联网和GPS。
研究人员还认为，冷原子实验室未来的实验可以帮助他们测试等效原理，这是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的核心。该原理认为，重力必须以相同的方式影响所有物体，无论它们的质量如何。换句话说，一根羽毛和一块砖头应该以相同的速度下落——至少在真空中，没有摩擦。
科学家们一直很难用量子力学定律来解决这一原理，量子力学定律描述了宇宙中已知最小的物体的行为方式。他们也许能够在太空的量子实验中更精确地测试它。
11月15日，一篇详细介绍这些发现的论文发布在《自然》杂志上。
