Kinas romstasjon kjølte atomer ned til 9,7 picokelvin, det kaldeste som er målt

En sky av rubidiumatomer om bord i Kinas Tiangong-romstasjon er blitt kjølt ned til mindre enn ti billiondeler av en grad over det absolutte nullpunkt – den kaldeste temperaturen som noensinne er rapportert for en gass av atomer. Det er omtrent fire ganger kaldere enn det beste resultatet som tidligere er oppnådd, enten på jorden eller i bane.

Rekorden betyr mindre for tallet enn for hva den gir. Ved den kulden driver atomene så sakte fra hverandre at teamet kunne observere skyen i syv sekunder etter å ha sluppet den løs, et tidsvindu langt nok til å teste gravitasjon, kvanteatferd og muligens mørk materie med en presisjon som intet jordbasert laboratorium kan oppnå.

Atomene dannet et Bose-Einstein-kondensat, en tilstand av materie der tusener av atomer mister sin individualitet og oppfører seg som en enkelt kvantebølge. Forskere fra Peking-universitetet, Shanghai-instituttet for optikk og finmekanikk og Det kinesiske vitenskapsakademiets senter for romutnyttelse gjennomførte eksperimentet i den kalde atomfysikk-racken i stasjonens Mengtian-laboratoriemodul, og rapporterte det i tidsskriftet Science.

Skyen inneholdt 20 000 atomer av rubidium-87. Dens ekvivalente temperatur viste seg å være 9,7 picokelvin, med en usikkerhet fra 7,0 til 12,9 picokelvin. Den forrige laveste verdien for et slikt system var 38 picokelvin, og NASAs Cold Atom Lab på Den internasjonale romstasjonen hadde nådd 52.

Slik ble et titonnslaboratorium presset inn i en stasjonsrack

Å kjøle atomer betyr å bremse dem ned. Teamet fanget rubidiumet med kryssede laserstråler, en oppstilling kalt en optisk dipolfelle, og senket deretter laserkraften trinnvis slik at de mest energiske atomene kunne unnslippe. Dette er fordampningskjøling, samme prinsipp som kjøler ned en kopp kaffe når de varmeste molekylene forsvinner som damp.

I mikrogravitasjon fungerer dette trikset dårligere, fordi atomene ikke lenger synker mot bunnen av fellen der fluktveien er. Forskerne tilførte en svak magnetisk gradient for å styre fordampningen og få et kondensat. Et siste trinn, en plutselig ikke-adiabatisk utvidelse av fellen, bremset atomene ytterligere.

Hver annen rekord av denne typen har brukt magnetiske feller bygget på atomchipser. Lasere er vanskeligere å drive i bane, men de er mindre følsomme for magnetisk interferens, gir mer plass til optisk tilgang og kan holde atomer som ignorerer magnetfelt fullstendig. «Den ingeniørmessige utfordringen var å konsentrere flere banebrytende teknologier under strenge romfartskrav,» sa Li Tang, en forsker ved Shanghai-instituttet, ifølge Xinhua.

Bakkeversjonen av eksperimentet fyller omtrent 20 kubikkmeter og veier rundt 10 tonn. Flyracken opptar 0,7 kubikkmeter og et halvt tonn, med sitt ultrahøye vakuumsystem, høyytelses fiberlasere og frekvensstabiliserte optikk som kjører automatisk under stramme strømgrenser.

Hundrevis av milliarder ganger kaldere enn det dype rom

Absolutt nullpunkt, minus 273,15 grader Celsius, er punktet der atombevegelsen ville stoppe helt. Tomt rom er ikke så kaldt: den svake ettergløden fra Big Bang holder det på omtrent 2,7 grader over det absolutte nullpunkt. Målt på kelvinskalaen var Tiangong-skyen omtrent 280 milliarder ganger kaldere enn det.

Det forrige beste, 38 picokelvin, kom fra et tysk team som slapp et atomchipeksperiment ned Bremen-falltårnet for å få noen sekunders vektløshet. Falltårn går tomme for høyde. En bane-stasjon er i permanent fritt fall, så eksperimentet kan fortsette så lenge atomene forblir koherente.

Observasjonstid er der gapet øker mest. Bakkeeksperimenter kan følge en frigjort sky i omtrent 0,05 sekunder før den faller ut av syne, Den internasjonale romstasjonen klarer omtrent ett sekund, og den kinesiske stasjonen når nå syv, ifølge teamet. «På jorden ville den falle omtrent 250 meter, så den ville faktisk krasje i bakken med mindre du har et vakuumkammer som er 250 meter høyt,» sa Wolfgang Ketterle, MIT-fysikeren som delte Nobelprisen for å ha skapt Bose-Einstein-kondensater, til Kinas CGTN.

Hva ekvivalent temperatur betyr – og ikke betyr

De 9,7 picokelvin er ikke en termometeravlesning. Forskere utleder det fra hvor sakte skyen sprer seg etter utslipp, og konverterer den ekspansjonshastigheten til temperaturen en gass må ha for å bevege seg så sakte. Tallet beskriver atomene alene: forskerne påpeker at utstyret og omgivelsene aldri kom i nærheten av den temperaturen.

Usikkerhetsintervallet er bredt, omtrent 30 prosent på hver side, og resultatet kommer fra en enkelt fasilitet og er ennå ikke uavhengig reprodusert. Sammenligninger med eldre rekorder blander også metoder: falltårn, magnetiske chiper og nå laserfeller når sine tall gjennom ulike fange- og sluttkjølemetoder, så gapet er en veiledning, ikke en presis rangering.

Skyen er også liten. Tjue tusen atomer er nok for et rent kondensat, men presisjonsinstrumenter får økt følsomhet fra større prøver. Om systemet kan levere både flere atomer og lang koherenstid på rutinebasis, er det åpne ingeniørspørsmålet.

Hvorfor syv sekunder betyr mer enn rekorden

Et atominterferometer splitter hvert atoms kvantebølge i to baner og kombinerer dem igjen, og gjør små forskjeller i akselerasjon til et målbart signal. Følsomheten vokser med kvadratet av tiden atomene tilbringer inne i det. «Atominterferometre har stor nytte av kilder som gir et stort antall atomer i en ultrakald samling og lange observasjonstider,» sa Ernst Rasel, en fysiker ved Leibniz Universität Hannover, i kommentarer gjengitt av CGTN.

Slike instrumenter kunne kartlegge jordens gravitasjonsfelt fra bane og teste om objekter med ulik sammensetning virkelig faller like raskt, en hjørnestein i Einsteins relativitetsteori. Laserfeller kan også formes til optiske gitre, lysgitter som holder atomer som en krystall og lar fysikere simulere materialer som er vanskelige å studere direkte. «Jo lenger vi kan observere, desto mer sannsynlig er det at vi finner nye og svakere fysiske fenomener,» sa Xiong Wei fra Peking-universitetet, medførsteforfatter av artikkelen, ifølge Xinhua.

Vanlige spørsmål om den kaldeste temperaturen som noensinne er målt

Hva er den kaldeste temperaturen som noensinne er målt?

For en gass av atomer er den laveste ekvivalente temperaturen som så langt er rapportert 9,7 picokelvin, oppnådd om bord i Kinas Tiangong-romstasjon. Det er 9,7 billiondeler av en grad over det absolutte nullpunkt. Den forrige rekorden var 38 picokelvin.

Hva er et Bose-Einstein-kondensat?

Det er en tilstand av materie som dannes når en gass av visse atomer avkjøles nær det absolutte nullpunkt. Atomene faller inn i samme kvantetilstand og opptrer som én bølge, noe som gjør kvanteeffekter synlige i en skala stor nok til å fotograferes.

Hvorfor fungerer kalde atomeksperimenter bedre i rommet?

På jorden trekker gravitasjonen atomene ut av svake feller og får en frigjort sky til å falle i løpet av en brøkdel av et sekund. I bane flyter atomene, så fellen kan gjøres svakere, noe som kjøler dem ytterligere, og skyen kan observeres i flere sekunder.

Kan noe nå det absolutte nullpunkt?

Nei. Termodynamikkens lover forbyr å nå nøyaktig null kelvin, så eksperimenter kan bare komme stadig nærmere. Hvert skritt nedover blir vanskeligere, noe som er grunnen til at det å gå fra 38 til under 10 picokelvin regnes som et stort sprang.

Et bane-laboratorium åpent for eksterne team

Racken for kalde atomer ble sendt opp med Mengtian-modulen i 2022, etter et prosjekt der de første mulighetsstudiene begynte i 2011, og rekorden ble publisert online i Science den 5. november 2026. Rasel ser neste steg som interferometre i bane som holder atomer koherent splittet i flere sekunder. Lyu Congmin, sjefsdesigner for romapplikasjonssystemet i Kinas bemannede romprogram, sa at racken er åpen for forskere fra hele verden som ønsker å kjøre sine egne eksperimenter på den.

Referanse: Xiong et al., «Quantum gases below 10 picokelvin in space,» Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

Tagger: fysikk, kvantefysikk, Bose-Einstein-kondensat, det absolutte nullpunkt, Det kinesiske vitenskapsakademiet, Mengtian