Oblak atomů na stanici Tiangong dosáhl ekvivalentní teploty 9,7 pikokelvinu

Na čínské vesmírné stanici Tiangong vznikl oblak atomů rubidia, který se po vypnutí pasti rozpínal tak pomalu, že mu odpovídá ekvivalentní teplota 9,7 pikokelvinu, tedy necelých deset bilióntin stupně nad absolutní nulou. Práci Quantum gases below 10 picokelvin in space otiskl 5. listopadu 2026 časopis Science. Podepsalo ji dvaadvacet autorů z Pekingské univerzity, z Fudanské univerzity a ze dvou ústavů Čínské akademie věd, Šanghajského ústavu optiky a jemné mechaniky a Centra pro techniku a inženýrství ve využití vesmíru.

Ekvivalentní teplota není teplota přístroje

Teploměr se do oblaku dvaceti tisíc atomů nedá strčit. Měří se to oklikou: past se vypne, oblak se nechá volně rozpínat a z rychlosti rozpínání se dopočítá, jakou teplotu by plyn s takovým pohybem měl. Tahle ekvivalentní teplota vyšla na 9,7 pikokelvinu, s nejistotou plus 3,2 a minus 2,7 pikokelvinu.

Čínská akademie věd ve zprávě o pokusu výslovně upozorňuje, že číslo popisuje pohyb atomů, ne teplotu aparatury ani jejího okolí. Samotné zařízení je o mnoho řádů teplejší. Atomy v oblaku tvořily Boseho-Einsteinův kondenzát, tedy stav, ve kterém se celá skupina chová jako jediný kvantový objekt.

Dosavadní rekord byl 38 pikokelvinů

Autoři v abstraktu uvádějí, že nejnižší dosud ohlášená ekvivalentní teplota v takovém systému byla 38 pikokelvinů při dvou sekundách volného rozpínání a že se jí dosáhlo v magnetických pastech na atomovém čipu ve stavu beztíže. Podle Science News šlo o pokus v pozemské padací věži, kde atomy zažijí beztíži jen po dobu pádu.

Pokus	Rok	Ekvivalentní teplota	Volné rozpínání
čínská stanice, modul Mengtian	2026	9,7 pK	7,0 s
padací věž na Zemi	2021	38 pK	2 s
ISS, Cold Atom Lab	2022	pod 100 pK	zdroj neuvádí

U pokusu na Mezinárodní vesmírné stanici se zdroje rozcházejí. Vlastní práce týmu Cold Atom Lab v Nature Communications z prosince 2022 mluví o energii rozpínání snížené pod 100 pikokelvinů, Science News u téhož pokusu uvádí 52 pikokelvinů. Rozdíl nehraje roli pro pořadí, ale pro to, čím se čerstvý výsledek poměřuje: proti 38 pikokelvinům je asi čtyřikrát níž.

Místo magnetické pasti laserová

Novinkou není jen číslo. Dosavadní pokusy ve stavu beztíže držely atomy magnetickým polem na čipu, kdežto čínská aparatura je drží výhradně světlem, v takzvané optické dipólové pasti. Ta má dvě výhody: nechá k oblaku lepší optický přístup a zvládne i atomy, které na magnetickou past nereagují. Pro kvantově degenerovaný plyn ve stavu beztíže ji podle autorů do teď nikdo nepoužil.

Chladilo se ve dvou krocích. Nejdřív odpařovacím chlazením, kdy z pasti utíkají nejrychlejší atomy a zbytek se tím ochladí, pak neadiabatickým rozpínáním. Odpařování je přitom v optické pasti ve stavu beztíže méně účinné než na Zemi, takže si tým musel pomoct přidaným magnetickým gradientem. Zbytek je otázka klidu: optika i elektronika musely být řízené tak, aby oblak nerozhodily.

Aparatura stojí v laboratorním modulu Mengtian, který odstartoval v roce 2022, a projekt se posuzoval od roku 2011. Pozemní sestava zabírala asi 20 metrů krychlových a vážila deset tun; do vesmíru letěl přístroj o objemu kolem 0,7 metru krychlového a hmotnosti půl tuny, se stejnými lasery, přesnou optikou a ultravysokým vakuem.

K čemu je sedm sekund

Sedm sekund volného rozpínání je na pozemské poměry dlouhá doba. Wolfgang Ketterle z Massachusettského technologického institutu, nositel Nobelovy ceny za fyziku z roku 2001, to ve zprávě akademie přepočítal: na Zemi by oblak za tu dobu spadl asi o 250 metrů, takže by k témuž pokusu byla potřeba vakuová komora vysoká 250 metrů. Gravitace navíc tahá atomy ze slabé pasti ven dřív, než se stihnou ochladit, takže na Zemi se past nedá libovolně zeslabovat.

Delší pozorování je hlavní důvod, proč o to jde. Ernst M. Rasel z Hannoverské univerzity v téže zprávě připomíná, že citlivost atomových interferometrů roste s druhou mocninou času, který atomy uvnitř stráví; dalším krokem by podle něj byly interferometry na oběžné dráze, ve kterých zůstanou atomy koherentně rozdělené několik sekund. Takové přístroje měří zrychlení a tíhové pole a používají se i na testy základních fyzikálních zákonů. Optická past k tomu přidává možnost poskládat z laserového světla mřížku a simulovat v ní chování pevných látek.

Za rekordem ale zatím nestojí nic víc než rekord. Co z aparatury vyjde dál, se pozná až podle dalších pokusů, které na ní poběží.

Zdroje

• W. Xiong a kol., Quantum gases below 10 picokelvin in space, Science, 5. listopadu 2026 (abstrakt doslova přes Crossref)
• Emily Conover, Record-low temperature created on China's space station, Science News, 5. listopadu 2026
• Čínská akademie věd (převzato od CGTN), China's Space Station Sets New Atomic Cooling Record, 6. listopadu 2026
• N. Gaaloul a kol., A space-based quantum gas laboratory at picokelvin energy scales, Nature Communications, 22. prosince 2022
• C. Deppner a kol., Collective-Mode Enhanced Matter-Wave Optics, Physical Review Letters 127, 100401, 30. srpna 2021