NASA位于国际空间站上的冷原子实验室取得了一项真正的非凡成就。研究人员首次利用接近绝对零度（零下459华氏度）的超冷原子，在太空的独特环境中检测到空间站周围微小的振动和引力波。通过观察时空结构的这些微小波动，科学家们可以在基础科学和未来技术方面取得重大突破。冷原子实验室是什么？冷原子实验室于2018年发射至空间站，大约有迷你冰箱的大小。
由NASA位于南加州的喷气推进实验室（JPL）运营，该实验室旨在利用近地轨道上的微重力环境推进量子科学。在这些超冷温度下，一些原子形成了所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态。在这种状态下，原子共享相同的量子身份，其通常显微的量子特性变得更加明显。这使得它们更容易被研究，让科学家们探索量子世界和我们日常经验之间的界限。
庆祝一个里程碑成就
冷原子实验室团队使用一种名为原子干涉仪的冷量子工具来测量空间站的微小振动。这是首次在太空中利用超冷原子检测周围环境的变化。“达到这个里程碑的过程极具挑战性，我们的成功并非一直是确定的，”JPL的冷原子实验室项目科学家Jason Williams说。“团队的奉献和冒险精神让这一切成为可能。”了解原子干涉仪
原子干涉仪可以精确测量重力、磁场和其他力。
在地球上，科学家和工程师利用这一工具研究重力的基本性质，并开发有助于飞机和船舶导航的技术。虽然像手机和GPS这样的设备基于量子科学，原子干涉术提供了更精确的测量能力。由于其波状行为，单个原子可以同时穿越两条物理上分离的路径。如果这些原子波受到重力或其他力量的影响，科学家可以通过观察这些波如何重新组合和相互作用来测量这种影响。物理学家们长期以来希望在太空中应用原子干涉术。
微重力环境允许更长的测量时间和更高的仪器灵敏度。然而，设备非常敏感，被认为在没有人工干预的情况下难以长时间操作。如今，冷原子实验室通过远程操作展示了其可行性。来自冷原子实验室的洞见
可以高精度测量重力的空间传感器有广泛的潜在用途。它们可以揭示行星和卫星的组成，因为不同材料由于其密度产生微小的重力变化。由美德合作项目GRACE-FO已经在通过检测微小的重力变化追踪地球上水和冰的移动。
原子干涉术可能带来更高的精度和稳定性，揭示更多关于表面质量变化的信息。它还可能揭示暗物质和暗能量，这两个是宇宙学中的重大谜题。暗物质是一种不可见的物质，在宇宙中比我们能看到的普通物质多五倍。至于暗能量，被认为是导致宇宙加速膨胀的原因。以新的方式测试爱因斯坦的理论
“原子干涉术还可以用于以新的方式测试爱因斯坦的广义相对论理论，”弗吉尼亚大学的教授兼冷原子实验室首席研究员Cass Sackett说道。
“这是解释我们宇宙大规模结构的基本理论，但我们知道有些方面是我们理解不正确的。这项技术可能帮助我们填补这些空白，给我们一个更完整的现实图景。”量子科学在太空中的未来
随着这一里程碑的实现，更多先进的量子技术在太空中的应用大门被打开了。纽约罗切斯特大学的教授兼美德科学家联合会冷原子实验室首席研究员Nick Bigelow分享了他的乐观态度。
“我期待基于太空的原子干涉术将带来令人兴奋的新发现和奇妙的量子技术，影响我们的日常生活，并将我们带入量子未来，”Bigelow兴奋地说。总而言之，NASA的冷原子实验室标志着量子科学和太空探索中的一项重要进展。通过有效利用超冷原子检测国际空间站上的微小振动，这一计划展示了在独特的太空微重力环境中可以远程进行复杂的量子实验。这一成就如何提升我们对量子力学的理解？
它不仅拓宽了我们的知识，还暗示了未来有可能改变我们日常生活的创新技术。完整研究发表在《自然通讯》期刊上。