Kinas rymdstation kylde atomer till 9,7 pikokelvin, det kallaste som uppmätts

Ett moln av rubidiumatomer ombord på Kinas rymdstation Tiangong har kylts till mindre än tio biljondelar av en grad över absoluta nollpunkten – den kallaste temperatur som någonsin rapporterats för ett gasmoln av atomer. Det är ungefär fyra gånger kallare än det bästa resultat som tidigare uppnåtts, vare sig på jorden eller i omloppsbana.

Rekordet är mindre viktigt för siffran i sig än för vad det möjliggör. Vid den kylan driver atomerna isär så långsamt att forskarlaget kunde följa molnet i sju sekunder efter att det släppts fritt – ett tidsfönster som är tillräckligt långt för att testa gravitation, kvantbeteende och möjligen mörk materia med en precision som inget marklaboratorium kan nå.

Atomerna bildade ett Bose–Einstein-kondensat, ett aggregationstillstånd där tusentals atomer förlorar sin individualitet och uppträder som en enda kvantvåg. Forskare från Pekinguniversitetet, Shanghaiinstitutet för optik och finmekanik samt Kinesiska vetenskapsakademins center för rymdutnyttjande och teknik genomförde experimentet i den kalla-atom-fysikmodul som finns i stationens Mengtian-laboratoriemodul, och publicerade resultaten i tidskriften Science.

Molnet innehöll 20 000 atomer av rubidium-87. Dess ekvivalenta temperatur uppmättes till 9,7 pikokelvin, med en osäkerhet från 7,0 till 12,9 pikokelvin. Det tidigare lägsta värdet för ett sådant system var 38 pikokelvin, och NASA:s Cold Atom Lab på Internationella rymdstationen hade nått 52.

Hur ett tio ton tungt labb klämdes in i en stationsmodul

Att kyla atomer innebär att sakta ner dem. Lagret fångade rubidiumatomerna med korsade laserstrålar, en uppställning som kallas optisk dipolfälla, och sänkte sedan laserstyrkan steg för steg så att de mest energirika atomerna kunde lämna fällan. Detta är evaporativ kylning, samma princip som kyler en kopp kaffe när de hetaste molekylerna lämnar som ånga.

I mikrogravitation fungerar tricket sämre, eftersom atomerna inte längre sjunker mot botten av fällan där utvägen finns. Forskarna lade till en svag magnetisk gradient för att styra avdunstningen och få ett kondensat. Ett sista steg – en plötslig, icke-adiabatisk expansion av fällan – saktade sedan ner atomerna ytterligare.

Alla tidigare rekord av detta slag har använt magnetfällor byggda på atomchips. Lasrar är svårare att driva i omloppsbana, men de är mindre känsliga för magnetiska störningar, lämnar mer utrymme för optisk åtkomst och kan hålla atomer som helt ignorerar magnetfält. ”Den tekniska utmaningen var att koncentrera flera banbrytande teknologier under strikta rymdfartskrav”, säger Li Tang, forskare vid Shanghaiinstitutet, enligt Xinhua.

Markversionen av experimentet upptar cirka 20 kubikmeter och väger omkring tio ton. Flygmodulen upptar 0,7 kubikmeter och ett halvt ton, med sitt ultrahögvakuumsystem, högkapacitetsfiberlasrar och frekvensstabiliserad optik som körs automatiskt under snäva effektbegränsningar.

Hundratals miljarder gånger kallare än rymdens bakgrundsstrålning

Absoluta nollpunkten, minus 273,15 grader Celsius, är den punkt där atomernas rörelse skulle upphöra helt. Tom rymd är inte så kall: den svaga efterglöden från Big Bang håller den på cirka 2,7 grader över absoluta nollpunkten. Mätt på kelvinskalan var Tiangong-molnet ungefär 280 miljarder gånger kallare än så.

Det tidigare bästa värdet, 38 pikokelvin, kom från ett tyskt lag som släppte ett atomchipsexperiment nedför Bremens dropptorn för att få några sekunders tyngdlöshet. Dropptorn tar slut på höjd. En rymdstation befinner sig i permanent fritt fall, så experimentet kan fortsätta så länge atomerna förblir koherenta.

Observationstiden är där skillnaden blir störst. Markexperiment kan följa ett frigjort moln i cirka 0,05 sekunder innan det faller ur synfältet, Internationella rymdstationen klarar ungefär en sekund, och den kinesiska stationen når nu sju, enligt laget. ”På jorden skulle det falla ner cirka 250 meter, så det skulle faktiskt krascha i marken om du inte har en vakuumkammare som är 250 meter hög”, säger Wolfgang Ketterle, MIT-fysikern som delade Nobelpriset för att ha skapat Bose–Einstein-kondensat, i ett uttalande till Kinas CGTN.

Vad ekvivalent temperatur betyder – och inte betyder

9,7 pikokelvin är inte en termometeravläsning. Forskarna härleder den från hur långsamt molnet sprider sig efter frisläppandet och omvandlar den expansionshastigheten till den temperatur en gas skulle behöva ha för att röra sig så långsamt. Siffran beskriver enbart atomerna: forskarna påpekar att utrustningen och dess omgivning aldrig kom i närheten av den temperaturen.

Felmarginalen är bred, ungefär 30 procent åt vardera hållet, och resultatet kommer från en enda anläggning och har ännu inte reproducerats oberoende. Jämförelser med äldre rekord blandar också metoder: dropptorn, magnetiska chip och nu laserfällor når sina siffror genom olika infångnings- och slutkylningsmetoder, så skillnaden är en vägledning, inte en exakt rangordning.

Molnet är också litet. Tjugotusen atomer räcker för ett rent kondensat, men precisionsinstrument vinner känslighet från större provmängder. Huruvida systemet kan leverera både fler atomer och lång koherens på rutinbasis är den öppna ingenjörsfrågan.

Varför sju sekunder betyder mer än rekordet

En atominterferometer delar varje atoms kvantvåg i två banor och återförenar dem, vilket omvandlar små skillnader i acceleration till en mätbar signal. Dess känslighet växer med kvadraten på den tid atomerna tillbringar inuti den. ”Atominterferometrar drar stor nytta av källor som ger ett stort antal atomer i ett ultrakallt ensemble och långa observationstider”, säger Ernst Rasel, fysiker vid Leibniz Universität Hannover, i kommentarer som förmedlats av CGTN.

Sådana instrument skulle kunna kartlägga jordens gravitationsfält från omloppsbana och testa om objekt med olika sammansättning verkligen faller lika snabbt – en hörnsten i Einsteins relativitetsteori. Laserfällor kan också formas till optiska gitter, ljusgaller som håller atomer som en kristall och låter fysiker simulera material som är svåra att studera direkt. ”Ju längre vi kan observera, desto mer sannolikt är det att vi hittar nya och svagare fysikaliska fenomen”, säger Xiong Wei vid Pekinguniversitetet, medförstaförfattare till artikeln, enligt Xinhua.

Vanliga frågor om den kallaste temperatur som någonsin uppmätts

Vad är den kallaste temperatur som någonsin uppmätts?

För en gas av atomer är den lägsta ekvivalenta temperatur som hittills rapporterats 9,7 pikokelvin, uppnådd ombord på Kinas rymdstation Tiangong. Det är 9,7 biljondelar av en grad över absoluta nollpunkten. Det tidigare rekordet var 38 pikokelvin.

Vad är ett Bose–Einstein-kondensat?

Det är ett aggregationstillstånd som bildas när en gas av vissa atomer kyls nära absoluta nollpunkten. Atomerna faller in i samma kvanttillstånd och uppträder som en enda våg, vilket gör kvanteffekter synliga i en skala som är stor nog att fotografera.

Varför fungerar kalla-atom-experiment bättre i rymden?

På jorden drar gravitationen atomerna ur svaga fällor och får ett frigjort moln att falla inom en bråkdel av en sekund. I omloppsbana svävar atomerna, så fällan kan göras svagare, vilket kyler dem ytterligare, och molnet kan observeras i flera sekunder.

Kan något nå absoluta nollpunkten?

Nej. Termodynamikens lagar förbjuder att exakt nå noll kelvin, så experiment kan bara komma allt närmare. Varje steg nedåt blir svårare, vilket är varför en minskning från 38 till under 10 pikokelvin räknas som ett stort språng.

Ett laboratorium i omloppsbana öppet för externa forskarlag

Kalla-atom-modulen skickades upp med Mengtian-modulen 2022, efter ett projekt vars första förstudier inleddes 2011, och rekordet publicerades online i Science den 5 november 2026. Rasel ser nästa steg som interferometrar i omloppsbana som håller atomer koherent uppdelade i flera sekunder. Lyu Congmin, chefsdesigner för rymdtillämpningssystemet i Kinas bemannade rymdprogram, sade att modulen är öppen för forskare från hela världen som vill genomföra egna experiment på den.

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

Taggar: fysik, kvantfysik, absoluta nollpunkten, Bose-Einstein-kondensat, Kinesiska vetenskapsakademien, Mengtian