1.媒体来源:
SciTechDaily
2.记者署名:
喷气推进实验室
3.完整新闻标题:
测试爱因斯坦的相对论：NASA 在太空中释放超冷量子技术
4.完整新闻内文:
美国宇航局 （NASA） 位于国际空间站 （International Space Station） 的冷原子实
验室 （Cold Atom Lab） 将量子技术用于先进的空间科学，为引力场、暗物质和暗能量
提供了新的见解，并在微重力下测试了广义相对论的各个方面。
未来的太空任务可能会使用量子技术来追踪地球上的水，探索卫星和其他行星的组成，或
探测神秘的宇宙现象。
NASA 的冷原子实验室是国际空间站 （ISS） 上的第一个此类设施，它朝着彻底改变量子
科学在太空中的应用方式又迈出了一步。科学团队成员使用实验室的一款机载工具测量了
空间站的细微振动，这是首次使用超冷原子来检测太空中周围环境的变化。
这项于 8 月 13 日发表在《自然通讯》上的研究还报告了太空中自由落体中原子波动性
的最长演示。
量子测量的进步
Cold Atom Lab 科学团队使用一种称为原子干涉仪的量子工具进行了测量，该工具可以精
确测量重力、磁场和其他力。地球上的科学家和工程师使用此工具研究重力的基本性质，
并推进有助于飞机和船舶导航的技术。（手机、电晶体和 GPS 只是基于量子科学的其他
一些主要技术，但不涉及原子干涉测量法。
物理学家一直渴望在太空中应用原子干涉测量法，因为那里的微重力允许更长的测量时间
和更高的仪器灵敏度，但人们认为这种非常敏感的设备太脆弱了，在没有动手帮助的情况
下无法长时间运行。从地球远端操作的冷原子实验室现在已经证明这是可能的。
“达到这一里程碑极具挑战性，我们的成功并不总是理所当然的，”南加州 NASA 喷气推
进实验室的冷原子实验室专案科学家 Jason Williams 说。“团队需要奉献精神和冒险精
神才能实现这一目标。”
引力洞察及其他
可以高精度测量重力的天基传感器具有广泛的潜在应用。例如，它们可以揭示我们太阳系
中行星和卫星的组成，因为不同的材料具有不同的密度，从而产生细微的重力变化。
美德合作的 GRACE-FO（重力恢复和气候实验后续专案）已经在进行这种类型的测量，该
机构检测重力的微小变化，以跟踪地球上水和冰的运动。原子干涉仪可以提供额外的精度
和稳定性，揭示有关表面质量变化的更多细节。
对引力的精确测量还可以深入了解暗物质和暗能量的本质，这是两大宇宙学之谜。暗物质
是一种看不见的物质，在宇宙中比构成行星、恒星和我们能看到的所有其他事物的“常规
”物质常见五倍。暗能量是宇宙加速膨胀的未知驱动力的名称。
“原子干涉测量法也可以用来以新的方式测试爱因斯坦的广义相对论，”弗吉尼亚大学教
授卡斯·萨克特（Cass Sackett）说，他是冷原子实验室的首席研究员，也是这项新研究
的合著者。“这是解释我们宇宙大尺度结构的基本理论，我们知道该理论的某些方面我们
没有正确理解。这项技术可能会帮助我们填补这些空白，让我们更全面地了解我们所居住
的现实。
冷原子实验室：微重力量子实验室
冷原子实验室 （Cold Atom Lab） 大约有一个迷你冰箱那么大，于 2018 年发射到空间
站，目标是通过在近地轨道的微重力环境中放置一个长期设施来推进量子科学。该实验室
将原子冷却到几乎绝对零度，即零下 459 华氏度（零下 273 摄氏度）。在这个温度下，
一些原子可以形成玻色-爱因斯坦凝聚态，这是一种所有原子基本上都具有相同量子恒等
性的物质状态。因此，一些原子通常微观的量子特性变得宏观，使它们更容易研究。
量子特性包括有时像固体粒子，有时像波。科学家们不知道这些由所有物质构成的组成部
分是如何在如此不同的物理行为之间转换的，但他们正在使用量子技术（如冷原子实验室
提供的量子技术）来寻找答案。
在微重力下，玻色-爱因斯坦凝聚态可以达到更冷的温度并存在更长的时间，这为科学家
提供了更多研究它们的机会。原子干涉仪是该设施中的几种工具之一，通过利用原子的量
子特性实现精确测量。
由于其波状行为，单个原子可以同时传播两条物理上独立的路径。如果重力或其他力作用
在这些波上，科学家可以通过观察波如何重新组合和相互作用来测量这种影响。
探索量子未来
“我预计天基原子干涉测量技术将带来令人兴奋的新发现和奇妙的量子技术，影响日常生
活，并将我们带入量子未来，”纽约罗切斯特大学（University of Rochester）教授、
冷原子实验室（Cold Atom Lab）首席研究员尼克·毕格罗（Nick Bigelow）说，该研究
的合著者是美国和德国科学家联合体的首席研究员。
参考资料：Jason R. Williams、Charles A. Sackett、Holger Ahlers、David C.
Aveline、Patrick Boegel、Sofia Botsi、Eric Charron、Ethan R. Elliott、Naceur
Gaaloul、Enno Giese、Waldemar Herr、James R. Kellogg、James M. Kohel、Norman
E. Lay、Matthias Meister、Gabriel Müller Holger Müller、Kamal Oudrhiri、
Leah Phillips、Annie Pichery、Ernst M. Rasel、Albert Roura、Matteo Sbroscia、
Wolfgang P. Schleich、Christian Schneider、Christian Schubert、Bejoy Sen、
Robert J. Thompson 和 Nicholas P. Bigelow，2024 年 8 月 13 日，Nature
Communications。
DOI： 10.1038/s41467-024-50585-6
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美国宇航局 （NASA） 的冷原子实验室 （Cold Atom Lab） 位于国际空间站 （ISS） 上
，代表了在太空独特的微重力环境中利用量子技术的开创性努力。这个紧凑的实验室于
2018 年启动，大小与迷你冰箱差不多，可将原子冷却至接近绝对零度，从而创造出比在
地球上更清晰地观察到量子现象的条件。
该实验室的主要工具是原子干涉仪，可以精确测量引力，从而深入了解引力的基本性质以
及有关暗物质和暗能量的潜在线索。通过利用国际空间站上长时间的自由落体状态，冷原
子实验室为推进量子科学提供了一个无与伦比的平台，有可能带来新技术和对宇宙的更深
入理解。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-50585-6