Kinas rumstation kølede atomer ned til 9,7 picokelvin, det koldeste nogensinde målt

En sky af rubidiumatomer om bord på Kinas Tiangong-rumstation er blevet kølet ned til mindre end ti billiontedele af en grad over det absolutte nulpunkt – den koldeste temperatur, der nogensinde er rapporteret for en gas af atomer. Det er omkring fire gange koldere end det bedste resultat, der tidligere er opnået, hvad enten på Jorden eller i kredsløb.

Rekorden handler mindre om tallet end om, hvad den giver mulighed for. Ved den kulde driver atomerne så langsomt fra hinanden, at holdet kunne iagttage skyen i syv sekunder efter at have sluppet den – et tidsvindue langt nok til at teste tyngdekraft, kvanteadfærd og muligvis mørkt stof med en præcision, som intet jordbaseret laboratorium kan opnå.

Atomerne dannede et Bose-Einstein-kondensat, en stoftilstand, hvor tusindvis af atomer mister deres individualitet og opfører sig som en enkelt kvantebølge. Forskere fra Pekings Universitet, Shanghai-instituttet for optik og finmekanik og Det Kinesiske Videnskabsakademis center for rumudnyttelse gennemførte eksperimentet i den kolde atomfysik-rack i stationens Mengtian-laboratoriemodul og rapporterede det i tidsskriftet Science.

Skyen indeholdt 20 000 atomer af rubidium-87. Dens ækvivalente temperatur viste sig at være 9,7 picokelvin, med en usikkerhed fra 7,0 til 12,9 picokelvin. Det tidligere laveste tal for et sådant system var 38 picokelvin, og NASA’s Cold Atom Lab på Den Internationale Rumstation havde nået 52.

Sådan blev et ti tons laboratorium presset ind i en stationsrack

At køle atomer betyder at bremse dem. Holdet fangede rubidiumet med krydsede laserstråler, et arrangement kaldet en optisk dipolfælde, og sænkede derefter laserstyrken trin for trin, så de mest energirige atomer kunne undslippe. Dette er fordampningskøling, samme princip som køler en kop kaffe, når de varmeste molekyler forlader den som damp.

I mikrotyngdekraft fungerer det trick mindre godt, fordi atomerne ikke længere sætter sig mod bunden af fælden, hvor flugtvejen er. Forskerne tilføjede en svag magnetisk gradient for at styre fordampningen og opnå et kondensat. En sidste fase, en pludselig ikke-adiabatisk udvidelse af fælden, bremsede derefter atomerne yderligere.

Alle andre rekorder af denne slags har brugt magnetiske fælder bygget på atomchips. Lasere er sværere at drive i kredsløb, men de er mindre følsomme over for magnetisk interferens, giver mere plads til optisk adgang og kan holde atomer, der slet ikke påvirkes af magnetfelter. “Den ingeniørmæssige udfordring var at koncentrere flere banebrydende teknologier under strenge rumfartskrav,” sagde Li Tang, en forsker ved Shanghai-instituttet, ifølge Xinhua.

Jordversionen af eksperimentet fylder omkring 20 kubikmeter og vejer omkring 10 tons. Flyveracken optager 0,7 kubikmeter og et halvt ton, med sit ultrahøjvakuumsystem, højeffektfiberlasere og frekvensstabiliseret optik, der kører automatisk under stramme strømbegrænsninger.

Hundreder af milliarder gange koldere end det ydre rum

Det absolutte nulpunkt, minus 273,15 grader Celsius, er det punkt, hvor atombevægelsen ville stoppe helt. Det tomme rum er ikke så koldt: den svage efterglød fra Big Bang holder det på omkring 2,7 grader over det absolutte nulpunkt. Målt på kelvinskalaen var Tiangong-skyen omkring 280 milliarder gange koldere end det.

Det tidligere bedste, 38 picokelvin, kom fra et tysk hold, der sendte et atomchip-eksperiment ned ad Bremen-faldtårnet for at få et par sekunders vægtløshed. Faldtårne løber tør for højde. En kredsende station er i permanent frit fald, så eksperimentet kan fortsætte, så længe atomerne forbliver koherente.

Observationstid er, hvor forskellen bliver størst. Jordbaserede eksperimenter kan følge en frigivet sky i omkring 0,05 sekunder, før den falder ud af syne, Den Internationale Rumstation klarer cirka ét sekund, og den kinesiske station når nu syv, ifølge holdet. “På Jorden ville den falde omkring 250 meter, så den ville faktisk styrte ned i jorden, medmindre du har et vakuumkammer, der er 250 meter højt,” sagde Wolfgang Ketterle, MIT-fysikeren, der delte Nobelprisen for at skabe Bose-Einstein-kondensater, i et interview med Kinas CGTN.

Hvad ækvivalent temperatur betyder – og ikke betyder

De 9,7 picokelvin er ikke en termometeraflæsning. Forskere udleder det af, hvor langsomt skyen spreder sig efter frigivelsen, og omregner den udvidelseshastighed til den temperatur, en gas skulle have for at bevæge sig så langsomt. Tallet beskriver kun atomerne: Forskerne påpeger, at udstyret og omgivelserne aldrig kom i nærheden af den temperatur.

Fejlbjælken er bred, cirka 30 procent til hver side, og resultatet kommer fra en enkelt facilitet og er endnu ikke blevet reproduceret uafhængigt. Sammenligninger med ældre rekorder blander også metoder: faldtårne, magnetiske chips og nu laserfælder når deres tal gennem forskellige fangst- og slutkølingsmetoder, så forskellen er en vejledning, ikke en præcis rangering.

Skyen er også lille. Tyve tusinde atomer er nok til et rent kondensat, men præcisionsinstrumenter opnår følsomhed fra større prøver. Om systemet kan levere både flere atomer og lang koherens på rutinebasis er det åbne ingeniørspørgsmål.

Hvorfor syv sekunder betyder mere end rekorden

En atominterferometer splitter hvert atoms kvantebølge i to stier og genforener dem, hvilket omdanner små forskelle i acceleration til et målbart signal. Dens følsomhed vokser med kvadratet af den tid, atomerne tilbringer inde i den. “Atominterferometre har stor gavn af kilder, der leverer et stort antal atomer i en ultrakold samling og lange observationstider,” sagde Ernst Rasel, fysiker ved Leibniz Universität Hannover, i kommentarer bragt af CGTN.

Sådanne instrumenter kunne kortlægge Jordens tyngdefelt fra kredsløb og teste, om objekter af forskellig sammensætning virkelig falder med samme hastighed – en hjørnesten i Einsteins relativitetsteori. Laserfælder kan også formes til optiske gitre, lysgitre der holder atomer som en krystal og lader fysikere simulere materialer, der er svære at studere direkte. “Jo længere vi kan observere, desto større er sandsynligheden for at finde nye og svagere fysiske fænomener,” sagde Xiong Wei fra Pekings Universitet, medførsteforfatter af artiklen, ifølge Xinhua.

Ofte stillede spørgsmål om den koldeste temperatur nogensinde målt

Hvad er den koldeste temperatur nogensinde målt?

For en gas af atomer er den laveste ækvivalente temperatur, der hidtil er rapporteret, 9,7 picokelvin, opnået om bord på Kinas Tiangong-rumstation. Det er 9,7 billiontedele af en grad over det absolutte nulpunkt. Den tidligere rekord var 38 picokelvin.

Hvad er et Bose-Einstein-kondensat?

Det er en stoftilstand, der dannes, når en gas af bestemte atomer afkøles tæt på det absolutte nulpunkt. Atomerne falder ind i den samme kvantetilstand og opfører sig som én bølge, hvilket gør kvanteeffekter synlige i en skala, der er stor nok til at fotografere.

Hvorfor fungerer kolde atomeksperimenter bedre i rummet?

På Jorden trækker tyngdekraften atomerne ud af svage fælder og får en frigivet sky til at falde inden for en brøkdel af et sekund. I kredsløb flyder atomerne, så fælden kan gøres svagere, hvilket køler dem yderligere, og skyen kan iagttages i flere sekunder.

Kan noget nå det absolutte nulpunkt?

Nej. Termodynamikkens love forbyder at nå præcis nul kelvin, så eksperimenter kan kun komme tættere på. Hvert trin ned bliver sværere, hvilket er grunden til, at det at gå fra 38 til under 10 picokelvin tæller som et stort spring.

Et kredsende laboratorium åbent for eksterne hold

Den kolde atom-rack blev sendt op med Mengtian-modulet i 2022, efter et projekt, hvis første forundersøgelser begyndte i 2011, og rekorden blev offentliggjort online i Science den 5. november 2026. Rasel ser næste skridt som interferometre i kredsløb, der holder atomer koherent splittet i flere sekunder. Lyu Congmin, chefdesigner for rumapplikationssystemet i Kinas bemandede rumprogram, sagde, at racken er åben for forskere fra hele verden, der ønsker at køre deres egne eksperimenter på den.

Kilde: Xiong et al., “Quantum gases below 10 picokelvin in space,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

Tags: fysik, Kvantefysik, Bose-Einstein-kondensat, det absolutte nulpunkt, Det Kinesiske Videnskabsakademi, Mengtian