自从NASA的阿波罗计划以来，宇航员们已经记录到，水等液体在微重力下的行为与地球上的不同。现在，研究人员通过使用一种更奇特的材料——一种冷却到几乎绝对零度（零下273摄氏度）的气体——证明了这种效果。据报道，这是一种物质能达到的最低温度。
研究人员利用美国宇航局的冷原子实验室，即国际空间站上的第一个量子物理设施，将原子样品冷却到绝对零度的百万分之一，并将其制成极薄的空心球体。冷气体开始是一个小球，像蛋黄，然后被雕刻成更像薄蛋壳的东西。原子向下聚合，形成形状比气泡更接近隐形眼镜的东西，这在地球上是不可能的。
这一里程碑只能在空间站的微重力环境中实现。相关研究报告于当地时间5月18日在《自然》杂志上发表。
据了解，超低温气泡最终可以用于一种更为奇特的材料的新实验：第五种材料状态（不同于气体、液体、固体和等离子体），称为玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。在BEC中，科学家可以在肉眼可见的范围内观察原子的量子特性。例如，原子和粒子有时表现得像固体物体，有时表现得像波——这种量子特性被称为“波粒二象性”。
这项工作不需要宇航员的协助。超低温气泡是在冷原子实验室的一个紧密密封的真空室中制造的。他们利用磁场将气体轻轻地操纵成不同的形状。实验室本身——大约一台微型冰箱大小——由JPL远程操作。
最大的气泡直径约为1 mm，厚度约为1微米。它们很薄，只有数千个原子才能制造它们。相比之下，地球上一立方毫米的空气含有大约10万亿个分子。
这项新工作的主要作者David aveline是南加州喷气推进实验室NASA冷原子实验室科学团队的成员，表示：“这些不像你的普通肥皂泡。据我们所知，自然界中没有任何东西能像冷原子实验室中产生的原子气体那样冷。因此，我们从这种非常独特的气体开始，研究它在形成完全不同的几何形度时的性能。历史上，当一种材料以这种方式操纵时，可能会有非常有趣的物理和新的应用。“”
为什么它“重要”？
将材料暴露在不同的物理条件下是理解它们的核心。这通常是找到这些材料实际应用的第一步。
利用空间站的冷原子实验室进行这些类型的实验，科学家可以消除重力的影响，重力通常是影响流体运动和行为的主要力量。通过这样做，科学家可以更好地了解其他因素的作用，如液体的表面张力或粘度。
现在，科学家已经制造出过冷气泡，接下来他们将把构成气泡的过冷气体转变为BEC状态，并观察其行为。
“一些理论研究表明，如果我们在BEC状态下处理其中一个气泡，我们可能会在量子材料中形成漩涡——基本上是小漩涡，”缅因州刘易斯顿贝茨学院的物理学教授、这项新研究的第一位研究者Nathan Lundblad说，“这是一个物理构型的例子，它可以帮助我们更好地理解BEC的特性，更好地理解量子物质的性质。”
量子科学领域带来了晶体管和激光器等现代技术的发展。地球轨道的量子测量可能会改进航天器导航系统和传感器，以研究地球和太阳系其他天体。超冷原子设施在地球上运行了几十年，但在太空中，由于重力的影响减小，研究人员可以用新的方法研究超冷原子和BEC。这使得研究人员能够定期达到较低的温度，并比地球上观察现象的时间更长。
JPL冷原子实验室的项目科学家杰森·威廉姆斯（JasonWilliams）表示：“我们冷原子实验室的主要目标是基础研究——我们希望利用空间站独特的空间环境来探索物质的量子特性。在新几何学中研究超冷原子就是一个完美的例子。”