科学家们首次在太空中生产出了由两种原子组成的两种量子气体的混合物。这一成就是由美国宇航局国际空间站冷原子实验室完成的，标志着将目前仅在地球上可用的量子技术带入太空又迈出了一步。

汉诺威莱布尼茨大学(LUH)的物理学家是罗彻斯特大学NicholasBigelow教授领导的合作项目的一部分，他们提供了实现这一成就所需的理论计算。虽然量子工具已经应用于从手机、GPS到医疗设备等各个领域，但在未来，量子工具可用于加强对行星(包括我们自己的行星)的研究，以及帮助解决宇宙之谜并加深我们对行星的研究。了解自然的基本规律。

这项由地球上的科学家远程完成的新工作在《自然》杂志上进行了描述。

有了这种新功能，现在不仅可以研究各种原子的量子特性，还可以研究量子化学，重点研究不同原子元素的同位素如何在量子态下相互作用和结合。研究人员将能够利用冷原子实验室进行更广泛的实验，并更多地了解在微重力下进行实验的细微差别。这些知识对于利用独一无二的设施开发新的天基量子技术至关重要。

量子化学

我们周围的物理世界取决于原子和分子根据一套既定的规则保持结合在一起。但不同的规则可以主导或削弱，具体取决于原子和分子所处的环境——比如微重力。使用冷原子实验室的科学家正在探索原子的量子性质主导其行为的场景。这可能意味着原子和分子的行为不像实心台球，而是更像波。

在其中一种情况下，两个或三个原子分子中的原子可以保持结合在一起，但距离越来越远，几乎就像分子变得蓬松一样。为了研究这些状态，科学家首先需要减慢原子的速度。他们通过将它们冷却到比物质所能达到的最低温度高出几分之一度来做到这一点，并且比自然宇宙中发现的任何温度都要低得多：绝对零，或负273摄氏度。

物理学家在地面冷原子实验中创造了这些蓬松的分子，但它们极其脆弱，要么迅速分解，要么塌陷回到正常的分子状态。因此，具有三个原子的放大分子从未被直接成像。在微重力下，脆弱的分子可以存在更长时间，并可能变得更大，因此物理学家很高兴开始试验冷原子实验室的新功能。

这些类型的分子可能不会在自然界中出现，但它们可能可以用来制造灵敏的探测器，例如可以揭示磁场强度的微妙变化，或导致它们破裂的任何其他干扰分开或崩溃。

现代之谜

“例如，我们现在拥有全新的方法来测试爱因斯坦等效原理，这是基础物理学最基本的假设之一，”来自LUH量子光学研究所的NaceurGaaloul说道，他也是这项新研究的合著者。著名的原理认为，引力对所有物体的影响都是相同的，无论其质量如何。许多物理老师都会通过将羽毛和锤子放入密封的真空室中来演示这一原理，并表明在没有空气摩擦的情况下，两者以相同的速度下落。

科学家们已经使用一种称为原子干涉仪的仪器在地球上进行了实验，看看等效原理在原子尺度上是否成立。在空间站的微重力下使用具有两种原子的量子气体和干涉仪，他们可以比地球上更精确地对其进行测试。通过这样做，他们可能会了解到是否存在引力不能平等对待所有物质的点，这表明广义相对论包含一个(尽管很小)错误。

等效原理是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的一部分，广义相对论是现代引力物理学的支柱，它描述了行星和星系等大型物体的行为方式。但现代物理学的一个主要谜团是，为什么万有引力定律似乎与描述原子等小物体行为的量子物理定律不一致。这两个领域在各自的大小领域都被一次又一次地证明是正确的，但物理学家却无法将它们统一成对整个宇宙的单一描述。

寻找爱因斯坦理论无法解释的引力特征是寻找统一手段或了解暗能量本质的一种方法，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘驱动力。

更好的传感器

科学家们已经有了超越微重力基础物理测试的想法。他们还提出了基于太空的实验，可以使用原子干涉仪和量子气体来高精度测量重力，以观察地球上的质量变化。他们所学到的知识可能会导致精密传感器的开发，用于地球物理学、气候研究或空间惯性导航等广泛应用。

这些传感器的质量将取决于科学家对这些原子在微重力下的行为的理解程度，包括这些原子如何相互作用。控制原子的工具(例如磁场)的引入可以使它们像油和水一样相互排斥，或者像蜂蜜一样粘在一起。了解这些相互作用是冷原子实验室及其后继者BECCAL的一个关键目标，BECCAL是NASA和德国航空航天局(DLR)的联合项目。

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