继美国后，中国成为第二个将超冷原子柜带到太空的国家

光子盒研究院出品

2022年10月31日下午3点37分，随着空间站梦天实验舱成功升空入轨，北京大学作为科学总体单位合作研制的超冷原子柜从申请、关键技术攻关到正样机研制，历时11年终于随梦天舱进入轨道，与核心舱对接，准备开始超冷原子物理科学实验[1]。

超冷原子柜研制的目的是利用太空环境实现宇宙中温度最低的第五种物质形态——玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），它在太空中的温度可以比地面低2至3个数量级，进入pK甚至fK量级，物质波的可观测时间相比地面更长，可增加至3个数量级，在此基础上可开展超越地面的量子模拟和物理定律精密验证的科学实验。利用这种极低温的第五种物质形态，可以对量子力学存有争议的问题进行探索，对爱因斯坦等效原理进行更高精度的检验，对超轻暗物质进行探测等。

将超冷原子柜带到太空，此前已有先例。美国开发了一个名为冷原子实验室（CAL）的超冷原子柜，已于2018年5月被美国宇航局发射到国际空间站，这个实验室只有一台小冰箱那么大，内有激光器、真空室和一把电磁刀，能将气体原子的能量消除，使其保持在极低温的状态。

美国的冷原子实验室

2018年7月，美国宇航局在《自然》杂志宣布，CAL成为第一个在地球轨道上产生第五种物质状态的设施[2]。自1995年以来，科学家已经在地球上进行了数百次BEC实验，但是必须依赖于庞大的制冷设备，而将超冷原子机柜置于太空环境中，科学家在地球上通过远程操作冷原子实验室就可以进行BEC实验。

冷原子量子技术公司ColdQuanta也为此提供了支持。2019年12月，ColdQuanta最新的Quantum Core™原子系统作为CAL的下一代核心子系统，搭载SpaceX猎鹰9号抵达国际空间站。

CAL内使用的六台微调激光器，以减慢原子的速度，降低它们的温度

作为超冷原子柜的科学总体单位，北京大学在玻色-爱因斯坦凝聚研究方面有着长期的积累，从2011年开始申请中国载人航天项目，本项目经过几轮挑选被选入。从2015年开始与中科院上海光机所合作研制超冷原子柜，北京大学负责研制地面原理样机，并给出正样机设计的关键指标，参与各阶段的调试，提出在空间如何将玻色-爱因斯坦凝聚的温度和等效温度降到比地面低2至3个数量级的实验方案以及第一个量子模拟科学实验的方案，并进行地面验证。

北京大学电子学院的陈徐宗教授作为超冷原子柜的首席科学家（又称责任科学家）与超冷原子柜的第一个科学实验负责人周小计教授、超冷原子柜副主任设计师熊炜老师带领北京大学冷原子科学实验团队的博士生同学，与中科院上海光机所所长、超冷原子柜总指挥陈卫标研究员领导的工程团队密切配合，经过七年的攻关研制，最终完成了正样机，其各项指标在地面测试中均获得了理想的结果，并成功随梦天舱发射。

我们期待在不久进行的科学实验中，不断传来振奋人心的消息。

梦天舱于2022年10月31日成功发射

超冷原子柜（顶部第一个柜子）在梦天舱中的照片

北京大学和中科院上海光机所科学实验团队在正样和初样机调试时合影

参考链接：

[1]https://ele.pku.edu.cn/info/1012/2213.htm#

[2]https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-cold-atom-lab-takes-one-giant-leap-for-quantum-science

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