根據他們最近發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜誌上的新研究，來自德國三所大學的研究人員創造了有記錄以來實驗室中最冷的溫度——確切地說，比絕對零度高出38萬億分之一度。
這一突破讓我們離絕對零度又近了一步，這可能會對粒子物理學產生巨大影響。
在不來梅大學應用空間技術和微重力中心，刺骨的溫度只持續了幾秒鐘，但這一突破可能會對我們對量子力學的理解產生長期影響。
這是因為我們越接近絕對零度——根據熱，理論上我們可能達到的最低溫度——粒子，也就是物質的行為就越奇特。例如，液氦在極低的溫度下成為“超流體”，這意味著它流動時沒有任何摩擦阻力。氮在-210攝氏度結冰。在足夠低的溫度下，一些粒子甚至呈現出波動的特徵。
絕對零度等於−273.15攝氏度，或-459.67華氏度，但大多數情況下，它的測量值是0開爾文。據《每日科學》(ScienceDaily)報道，在這個點上，“自然界的基本粒子有最小的振動運動”。然而，科學家不可能在實驗室中創造絕對零度的條件。
在這種情況下，研究人員正在研究原子的波動特性時，他們提出了一個過程，可以透過減慢粒子速度，使其幾乎完全停止，從而降低系統的溫度。在幾秒鐘內，粒子完全靜止不動，溫度下降到驚人的38皮開爾文，或絕對零度以上的38萬億分之一度。這種溫度是如此之低，以至於任何一種常規溫度計都檢測不到它。相反，溫度是基於粒子缺乏運動。
根據該團隊的研究論文，這裡起作用的機制是“一個時域物質波透鏡系統”。物質波就像它的名字一樣:像波一樣運動的物質。這是量子物理學的一部分，在這個領域，我們之前認為我們知道的一切在仔細研究後都會變得有些不穩定。在這種情況下，科學家使用了一種由一種叫做量子氣體的渾濁物質構成的靜電“透鏡”，並利用它使物質波聚焦並以一種特定的方式表現出來。常規氣體是由離散粒子的鬆散排列構成的，但量子氣體不是這種可預測的物質。在這種情況下，量子氣體是一種令人困惑的物質狀態，稱為玻色-愛因斯坦凝聚。
量子氣體透鏡是透過仔細的激發來“調諧”的。想想一副眼鏡上的晶狀體，它的彎曲度是根據病人的眼睛來設計的，可以聚焦得更近或更遠。在這個實驗中，科學家們將焦點調到了無窮大。在被稱為光學的量子物理學中，這意味著量子氣體將透過的粒子限制在一起，直到它們以驚人的慢速度一次透過一個。
“透過將玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的激發與磁透鏡結合，我們形成了一個時域物質波透鏡系統，”研究人員寫道。“焦點是由透鏡勢的強度調節的。透過將焦點置於無窮遠處，我們將BEC的總內部動能降低到38 pK。”
來自不來梅大學、柏林洪堡大學和美因茨約翰內斯古騰堡大學的研究人員說，他們預計未來的研究人員將使粒子運動更慢，最高可能達到17秒的“失重”週期。
