这个实验室只有迷你冰箱大小，却在探索宇宙尺度的问题。

人们有时容易忽略，国际空间站（ISS）是一个巨大的实验室，科学家们在那里研究从生物学到物理学的各种课题——不过是在太空中。这一非凡的资源让非凡的研究成为可能，比如在太空中制造第五种物质状态。

在最近的一份声明中，NASA宣布对冷原子实验室（Cold Atom Lab）进行第四次升级启动，这是一个“独一无二”的设施，用于探索量子理论与应用。该实验室约有一个迷你冰箱大小，工作在零下459华氏度（零下273摄氏度）以下的温度。再加上微重力这一因素，实验室的环境堪称研究一种名为玻色-爱因斯坦凝聚的量子对象的理想条件——这是一种超越固态、液态、气态和等离子态的“第五”物态。

“上个世纪发生了一场量子革命，催生了激光、手机和用于医学成像的磁共振成像（MRI），”NASA喷气推进实验室（JPL）冷原子实验室项目副科学家伊桑·埃利奥特在声明中说。“我们正在进行量子2.0——直接操纵宏观量子态——希望通过在轨道上推进这一科学，在量子技术领域取得类似的成果。”

获得诺贝尔奖的物理学

1924年，阿尔伯特·爱因斯坦预言，在接近绝对零度的温度下，分立的原子会凝聚成一个由波函数描述的单一量子实体。爱因斯坦的这一构想建立在印度物理学家萨特延德拉·纳特·玻色的量子公式之上。因此，这一概念后来被称为玻色-爱因斯坦凝聚。

然而，创造并维持这些状态被证明极其困难，直到1995年，研究人员才首次成功实现玻色-爱因斯坦凝聚。（这些物理学家因这一成就共同获得了2001年诺贝尔物理学奖。）当这些凝聚体成为现实后，科学家们还意识到，这种稀有的系统与两种关键的低温现象有关：超流（无摩擦的液体运动）和超导（零电阻的电子运动）。

寒冷与飘浮

冷原子实验室的目标是更好地理解这些特性，因为超流、超导材料将是创造下一代量子技术的关键。该实验室利用低地球轨道的微重力环境放大凝聚体产生的波函数。据NASA称，与地面实验室相比，这些条件使研究人员能够更长时间地研究更大的量子波。

“超冷物质的行为方式不仅出人意料，而且还能够对时间、重力和运动进行极其精确的测量，”隶属于冷原子实验室的JPL科学家杰森·威廉姆斯说，“实验室拥有众多工具——尤其是通过这次最新升级——让我们能够探测宇宙的本质。”

每个实验都在一套称为科学模块的仪器组合上运行。首先，研究人员将一条铷或钾金属加热到740华氏度（400摄氏度），使真空室内充满气体。然后，激光射向气体，带走气体原子的能量并使其冷却。最后，一个磁阱将气体固定在原位，随后研究人员进行最后的操作来进一步降低温度，“使其接近静止，并最大化它在微重力下的存留时间，”NASA解释说。

“这是我们距离控制量子世界边界最近的事物，”冷原子实验室项目经理卡马尔·乌德里里说，“这次新升级将那条边界推得更远。”

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