探索绝对零度的科技之旅(8)

　　了解量子现象正是人们继续追寻绝对零度的理由之一。氦-3和氦-4在液态下的不同属性成为我们继续探索的垫脚石。在名为稀释制冷机的设备内，氦-4的超流态会让液态氦-3表现得像气体一样，有效地蒸发进氦-4组成的“真空”内，从而使整个装置的温度下降到0.001K，也就是1毫开尔文（mK）。在这一温度下，氦-3本身也变成了超流体，但其拥有磁性。

　　如果冷却到0.001K算很困难，那么，继续朝下冷却则“难于上青天”。所有物质的导热率都会随着温度的下降而陡降，这意味着，温度越低，将热量从某种物质中移走需要更长的时间。与此同时，在低温下，所有物质的热容量（单位质量该物质吸收或放出热量引起温度升高或降低时，温度每升高1K所吸收的热量或每降低1K所放出的热量）会变得微乎其微，因此，任何用来研究物质的实验都需要将该物质加热。假如像一只蝴蝶那样轻的一个物体从10厘米高的地方落下，落在一块1平方厘米、温度为0.001K的铜上，撞击产生的能量足以让铜块的温度上升100倍。

　　还好我们有一些变通的方法，至少对少量的物质能起作用。对于那些只包含数十亿个原子的气团，我们可以采用逐个冷却的办法。激光光子会同每个原子相互撞击，带走动能并让原子的速度慢慢降下来。这种方法的原理仍然是使用一种物体带走另一种物体的热量，只不过现在使用的制冷剂更复杂一些而已。使用这一方法，我们能将原子的运动速度从1毫开尔文时的1米/秒降低到1nK时的1毫米/秒。

　　这一奇思妙想给我们的回报是，我们能排除混乱的热力学干扰，探究在量子力学的支配下物质的“一举一动”。我们知道，从本质上来说，超导是一种量子现象，但是，在花费了数十亿美元之后，我们仍然对某些超导体在130K以上温度下的行为一无所知。通过制造出一些可控性更好的量子系统，我们就可以使用一团超冷的原子气团，通过使用激光脉冲来探索和刺激原子之间的相互作用，来调查这种现象。