出品/星动无极

11月6日，中国科学院空间应用工程与技术中心发布中国空间站最新科研成果：科研团队利用梦天舱超冷原子物理实验柜，将铷原子云的等效温度降至9.7皮开尔文，比2021年德国科研团队创造的38皮开尔文纪录低了约一个数量级，制备出目前已知最冷的人造物质。成果论文当日在线发表于科学杂志。1皮开尔文等于一万亿分之一开尔文，这团原子云只比绝对零度高9.7皮开尔文，较约300开尔文的室温低了14个数量级，并在这一温度下持续观测了7秒。

这项工作由中国科学院空间应用工程与技术中心牵头论证管理集成，北京大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合完成。从2011年项目论证，到2022年实验系统随梦天实验舱发射入轨，再到如今刷新纪录，前后历时15年。

为什么必须到太空去做这个实验。原子不停做无规则热运动，只有降到接近绝对零度，才会被冻到几乎静止，呈现玻色-爱因斯坦凝聚等宏观量子现象。地面上做原子冷却，原子云被磁场或光场束缚，重力会把原子从容器底部拉出，常用的蒸发冷却需要降低束缚容器高度，重力使这一高度无法进一步降低。空间站微重力环境下，原子悬浮起来，束缚可以降到极弱，理论上保证了原子进入皮开尔文温区。参照系是国际空间站冷原子实验室2022年实现的52皮开尔文。

冷却方案走的是与国际不同的技术路线。国际方案用原子芯片微磁阱囚禁原子云，以射频蒸发冷却降温，再用脉冲冲击深度冷却；中国团队采用全光阱冷却，方案确定后完成极高真空度物理系统、高功率光纤激光器、长期连续激光稳频、高精度集成物理光机等关键技术攻关。团队在深度冷却环节提出蒸发冷却加非绝热扩散冷却的两级方案，把地面20立方米、重10吨的实验系统集成到0.7立方米、重0.5吨的实验柜里。光明日报报道的评价口径是，与磁阱方案相比，光阱方案拥有更多光学通道，对磁场干扰不敏感，对多种量子模拟实验具有兼容性。

这套装置的另一半难度在真空。原子云温度降到皮开尔文量级后，任何残余气体分子的碰撞都会把它重新加热，实验柜内部必须维持极高真空，同时又要为冷却激光和成像光路留出光学窗口与通道。工程上要在0.7立方米的柜体里同时满足真空、光学、供电与热控四套指标，这是地面装置不需要面对的约束组合。7秒的观测时长因此不只是时间数字，它意味着在这段时间里原子云没有被背景气体撞散、没有被杂散光加热，实验条件稳定到可以承载后续的量子态操控与读出。

科学审稿人的结论落在工程能力上：该工作是超冷原子精密操控的重要里程碑，对基础物理研究及空间导航、地球观测等应用有重要价值，刷新了超低温膨胀的最高纪录。

应用端的价值链条可以排出来。接近绝对零度的原子云为量子模拟提供纯净灵活的平台，支撑高精度原子钟、原子干涉惯性测量与量子计算研究；基础课题包括极低温量子气体相变、非平衡动力学、量子多体关联，以及早期宇宙模拟、超轻暗物质探测；工程方向上可服务地球重力场测量、惯性导航及基本物理常数检验。

把这项成果放进中国空间站的产出清单里看，它在微重力科学这条线上是有分量的一个节点。梦天舱2022年入轨后，高微重力实验资源开始持续产出顶刊成果，超冷原子之外，舱外激光维护、材料科学实验也在推进。空间站作为国家太空实验室的运营模式在此显形：实验柜由专业机构论证集成，研究课题向国内高校与科研院所开放，单柜多用户、长期连续运行。超冷原子物理实验柜从论证到产出纪录跨越15年，前期的工程投入在这条时间线上摊薄。

皮开尔文量级的原子操控能力本身还是一份工程资产：极端低温、激光稳频与集成光机的技术链，可以反哺星载原子钟与惯性导航器件的研制。原子干涉测量对重力场的灵敏度直接关联卫星重力测量与惯性导航的精度上限，这些应用方向在论文的评审意见里被明确列出。后续可核实的节点，是这套实验柜的常态化运行频次与更多研究组入驻实验的排期。

从产业视角看，空间站实验资源的意义在于把前沿物理的验证成本从自主任务级别降低到搭载实验级别。超冷原子之外，材料科学、燃烧科学、空间生命科学的实验柜都在按排期运转，9.7皮开尔文的纪录说明这套体系可以持续产出国际前沿结果，后续的运行频次与研究组排期是观察其产出效率的直接指标。对国内星载量子传感产业来说，这样的平台提供的是在真实空间环境下验证激光、真空与光学集成方案的通道，不必每次都占用整星任务资源。