经济网(Economics) – 当中国空间站的铷原子云被冷却到9.7皮开尔文的消息传开,国际同行的第一反应除了对数字的惊叹,还有一个技术追问:中国团队为什么没有走国际通行的磁阱路线?答案藏在一条更难、但走得更远的技术路径里——全光阱冷却。
此前保持纪录的德国不来梅大学团队和美国空间站冷原子实验室,采用的都是原子芯片磁阱技术,用磁场把原子“关”起来再实施冷却。这条路线成熟、经过验证,但存在一个结构性限制:磁场对原子的约束方式相对刚性,在微重力环境下要进一步压低温度,可调的“旋钮”有限。中国团队选择的全光阱,则完全用激光束构成“光容器”来囚禁原子。北京大学周小计教授点出了关键差异:全光阱对磁场干扰不敏感,且天然适配光晶格实验,“拓展能力更强”。
这意味着中国团队从一开始就瞄准的不只是一个温度数字,而是一个可以“长出来”的实验平台。全光阱的柔性约束,使得后续加载光晶格、构建量子多体模型、开展拓扑相变研究等实验能够在一个连贯的系统中完成。用陈徐宗的话说,超冷柜的特色是获得“宇宙中最低的温度”、得到爱因斯坦预言的第5种物质状态,并利用这种物质“更方便地进行量子模拟等各种实验”。
这条路的技术代价是实打实的。团队需要把二十余束激光精确汇聚到几十微米的原子云上,误差不超过5微米,约为一根头发丝的十分之一。全光阱对激光的功率稳定性、指向精度和长期连续稳频都提出了远高于磁阱方案的要求。项目从2011年启动论证,到2022年随梦天舱升空,再到在轨取得9.7皮开尔文的成果,整整走了15年。
但回报同样明确。7秒的稳定观测窗口,相比地面实验的0.05秒提升了百倍以上,也远超德国落塔的约2秒和国际空间站冷原子实验室的约1秒。这7秒不是可有可无的余量。超冷原子在接近绝对零度时进入玻色-爱因斯坦凝聚态,原子从无序热运动转变为步调一致的宏观量子态,微弱的量子相变信号、非平衡动力学过程和多体关联效应,往往就藏在这类需要足够长“曝光时间”才能捕捉的瞬态窗口里。
曾主导美国空间站冷原子实验的罗切斯特大学物理学家尼克·比格洛评价这一结果是“wonderful results”;此前纪录保持者、德国汉诺威大学的恩斯特·拉塞尔则表示,中国实验“set a new record”,冷却后的气体将成为量子传感器的“a formidable source”。这些评价指向同一个判断:温度纪录本身固然醒目,但真正具有持久价值的,是一个能在微重力下长时间稳定运行的全光阱超冷原子平台。
这一平台正在从“纪录创造者”转向“公共实验设施”。成果发布当日,中国载人航天工程空间应用系统宣布,将向包括港澳在内的全球科学家开放超冷原子物理实验柜。按照规划,后续实验将覆盖量子模拟、量子新物态、基本物理理论检验以及暗物质、希格斯模型检验等方向。一条更难的路,最终通向的是一扇开得更宽的门。
产业基础是制造业的“底盘”,也是经济韧性的深层来源。
当政策周期与数据周期在四季度交汇,真正的考验不在于单季增速的起伏,而在于能力沉淀能否穿越周期。