新工具将有助于研究国际空间站上的量子化学

通过在地球上远程控制的实验，研究人员产生了玻色-爱因斯坦凝聚体——一种由冷却到接近零温度的原子气体制成的物质量子态。

罗彻斯特大学物理学教授兼光学教授尼古拉斯·毕格罗(NicholasBigelow)表示，这些量子工具可用于加强对量子物质本质的研究，帮助行星之间的导航，并帮助解开宇宙之谜，加深我们对自然基本规律的理解。

获得零重力的好处

美国宇航局资助的太空超冷原子联盟主任毕格罗说：“在基础物理学中，有很多东西在重力的存在下实际上限制了测量的精确度。”“消除重力可以让您获得更长的观察时间，以获得更精确的测量，并且可以让您看到可能被重力掩盖的微妙影响。”

凭借这一新功能，冷原子实验室现在不仅可以研究单个原子的量子特性，还可以研究量子化学，重点研究不同类型的原子如何在量子态下相互作用和结合。研究人员将能够在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。

科学家们想要破解的一个谜团涉及等效原理，该原理认为，无论物体的质量如何，重力对所有物体的影响都是相同的。作为阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论(现代引力物理学的支柱)的一部分，该原理与描述原子等小物体行为的量子物理定律并不完全一致。

科学家们已经在地球上用原子干涉仪进行了实验，看看等效原理在原子尺度上是否成立，但他们可以在冷原子实验室的太空中更精确地测试它。

理解暗能量以及更好的传感器和时钟的途径

毕格罗说，科学家们计划使用二原子干涉仪和量子气体进行实验，以高精度测量重力，以了解暗能量的本质，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘驱动力。他们学到的知识可以帮助开发适合各种应用的精密传感器。

毕格罗说：“我们可以制造对小旋转极其敏感的传感器，并基本上使用玻色-爱因斯坦凝聚中的这些冷原子来制造陀螺仪。”

“这些陀螺仪可以为我们提供太空中的固定参考点，可用于深空导航。我们还在开发一些可以带来更好的太空时钟的东西，这对于现代生活中的许多事情(例如高速互联网和GPS)至关重要。”