有史以来第一次，物理学家把一个机械物体冷却到比先前认为可能的低温还要再低的温度，使得它低于所谓的"量子极限(quantum limit)"，并且让物理定律屈服。

利用一种新技术，研究小组设法将一个微观机械鼓冷却到一个空前的凯氏360微度，或是比太空真空冷1万倍。这是记录上最冷的机械物体。

来自科罗拉多州波德市(Boulder)的美国国家标准技术研究所(US National Institute of Standards and Technology)的团队领导人约翰·杜福(John Teufel)告诉新科学人(New Scientist)杂志的莉亚·克兰妮(Leah Crane)：“它比在宇宙任何地方自然发生的温度还要低很多。”

研究人员之一的荷西·欧曼塔度(José Aumentado)在一份新闻稿中补充：“这些结果对这个领域的专家来说是一个完全惊讶。”

要清楚的是，这不是最冷的物体，最冷物体的称号要给玻色-爱因斯坦凝态(Bose-Einstein condensate)。玻色-爱因斯坦凝态是玻色子的稀释气体，能够被冷却到凯氏500皮度(凯氏1皮度(picoKelvin)是10–12℃，而凯氏1微度(microKelvin)是10–6℃)。

但这是至今最冷的机械物体，意味着它是一个较大结构的一部分，而且可以被用于未来的科技。

这个微小的鼓是由一个振动的铝膜组成的，而且研究人员能够拿走它到少于一个单独’量子’的5分之1，温度低于物理学定律预测能够到达的温度。量子是被用来描述被包含在一个光子中的一个单独能量包。

事实上，这个团队认为新技术是非常强大的，理论上可以把物体冷却到绝对零度，或凯氏零度；这是物质几乎没有能量和行动的温度。

通常当研究人员冷却物体时，它们使用雷射来减慢原子的运动，这会抑制发生在材料的热振动。

有组织的雷射越多，就越能冷却表面。但新技术把冷却更向前进一步，而且使用称为’受挤压的(squeezed)’光，来使原子比以前认为可能的低温还要冷。

受挤压的光是一种类型的光，在一个方向会比另一个方向更有组织。这会在光粒子中移动不需要的量子杂讯，或是波动，从光的有用特性到不会影响实验的另一部分。

这个受挤压的光经常被用在量子密码学(quantum cryptography)，以及被用来缠住光。但这是第一次研究人员想到要应用它来冷却东西。

这是很重要的，因为杂讯在正常有组织的光里，加热了研究人员尝试要冷却的任何物体，并且限制它可以到达多冷。因此是"量子限制(quantum limit)"。

但这项新研究认为，透过挤压的光线，我们可以打破量子冷却的极限。

杜福说：“杂讯给你一些随机的冲刺或加热到你正在尝试冷却的事物。”

“我们正在以’魔术’的等级来挤压光，在一个非常特定的方向和数量，使完全相关的光子具有更稳定的强度；这些光子既是脆弱又强大的。”

为什么能够做出有多冷的材料是很重要的？因为它有助于我们创造未来的超快速电子。

这个团队冷却的鼓乐器直径为20微米，厚度为100纳米，并且嵌入在一个超导电路中。

这类型的鼓可以用在量子电脑，结合量子和机械元件；而且越冷你能达到，它就越准确。

杜福说：“你能让这个鼓越冷，对于任何的应用就越好。”

“感应器会变得更加敏感，可以存储资讯更久。如果在量子电脑使用它，那么计算不会有失真，而且会实际得到想要的答案。”

超级冷却的鼓也有助于我们探索量子世界的本质，想像看见量子力学的一些奇怪行为似乎出现在一般材料中，一旦它们达到之前所认为在物理学上可能的低温极限。

正如我们正在学习，当提到科学时，我们现在认为的可能，只是开始而已。

这项研究刊登在自然(Nature)期刊。

来源：ScienceAlert

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