史上最寒冷的物体并非在南极。

它们既不在珠穆朗玛峰上，

也不藏在冰川之下。

它们存在于实验室中：

这些一团团的气体的温度
只比绝对零度高零点几度。

这个温度比你家里的冰箱
还要冷39.5亿倍，

比液态氮冷10亿倍，

以及比外太空冷4百万倍。

如此低的温度让科学家有机会
一窥物质的内部运作，

也让工程师能够
制造敏感度极高的仪器。

这些仪器可丰富我们的知识，

比如如更精确地确定我们在地球的位置

或了解宇宙远方所发生的事。

我们如何才能创造出这种极端的温度呢？

简单来说，只要降低运动粒子的速度。

当我们谈及温度的时候，
我们实际上是在讨论运动。

组成固体、

液体、

以及气体的粒子，

一直处于运动之中。

当原子运动快时，
我们感受到物质是热的。

当原子运动慢时，
我们则觉得是冷的。

日常生活中为了让热的固体或气体降温，

我们将其放在更冷的环境中，比如冰箱里。

热物体中的原子运动
被部分的传递到周围环境里，

然后它就冷下来了。

但是这有一个限制：

即使是外太空也太温暖了，
无法创造出极端低的温度。

所以相反，科学家们找到了一个
直接降低原子速度的方法——

用激光束。

在大多数情况下，

激光束中的能量会加热物体。

但是如果被用以特定的方式，

激光束的动量可以阻止运动的原子，
从而降低温度。

这就是在一种名叫磁场-光学陷阱的
仪器中发生的事情。

原子被注入真空的盒子中，

然后磁场会将它们向中间吸引。

一束激光束正对盒子的中央，

它的频率被调的正好

可以让向其运动的原子吸收
一个激光束光子，进而减速。

减速效果来自原子和光子之间的

动量转换。

六束激光，以垂直的布局

保证向各个方向运动的原子都会被拦截。

在光束交汇的中央，

原子运动的格外缓慢，
就像陷入了粘稠的液体——

该效果被发现它的研究人员
称作“光学糖浆”。

像这样的磁场-光学陷阱

可以将原子冷却到零点几开尔文——

大概-273摄氏度。

这项技术于上世纪八十年代被发展出来，

对此有贡献的科学家们

在1997年因为他们的发现
赢得了诺贝尔物理学奖。

自此，激光冷却进一步完善，
可以达到更低的温度。

但是为什么要把原子
冷却到如此之低的温度呢？

首先，极寒原子可以成为很好的检测物质。

拥有很少的能力，

它们对周围的波动异常敏感。

所以它们被用在寻找
地下石油和矿藏的装置之中，

它们也能制造高精度原子钟，

例如全球定位卫星中的原子钟。

其次，极寒原子蕴藏着
探索物理学前沿的

巨大潜力。

它们极端的敏感性使他们可以

在未来的空间探测仪中
被用来探测引力波。

它们对原子和次原子现象的研究也有帮助，

这种研究需要测度原子能量的
极其微小的波动。

原子在常温中被射出，

此时原子速度大概在每秒几百米。

激光冷却可以使原子降速到每秒几厘米——

对观测由原子量子效果
造成的运动够用了。

极寒原子已经帮助科学家研究了

诸如玻色–爱因斯坦凝聚等现象，

在该凝聚中原子被降温到接近绝对零度，

然后成为一种少见的物质新状态。

所以随着研究人员
继续试图理解物理学定律

并解开宇宙谜题的同时，

他们会需要极寒原子的帮助。