الصين تسجل رقما قياسيا عالميا لأدنى درجة حرارة محققة على متن محطة فضائية

بكين 9 نوفمبر 2026 (شينخوا) نجح علماء صينيون في تسجيل رقم قياسي جديد لأدنى درجة حرارة حققها البشر على الإطلاق، إذ تمكنوا من تبريد سحابة من ذرات الروبيديوم إلى 9.7 بيكوكلفن (وحدة قياس بالغة الصغر لدرجة الحرارة الديناميكية)، مع الحفاظ على استقرارها لمدة سبع ثوان لمراقبتها.

وتمثل هذه النتيجة، التي تم الكشف عنها خلال إحاطة إعلامية بشأن برنامج محطة الفضاء الصينية نظمتها الأكاديمية الصينية للعلوم، خطوة مهمة نحو الوصول إلى الصفر المطلق، وهو أدنى درجة حرارة ممكنة من الناحية النظرية، ما أسفر عن إنتاج أبرد مادة اصطناعية معروفة حتى الآن. ونُشرت نتائج البحث يوم الجمعة الماضي في مجلة "ساينس".

وأُجريت التجربة على متن محطة الفضاء الصينية، باستخدام منصة فيزياء الذرات فائقة البرودة. وبدأ المشروع دراسات الجدوى في عام 2011، فيما أُطلق نظام التجارب مع الوحدة "منغتيان" في عام 2022. ونُظم المشروع من قبل مركز تكنولوجيا وهندسة استخدام الفضاء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، ونفذته جامعة بكين ومعهد شانغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة التابع للأكاديمية.

وقال وانغ تشيانغ، القائد العام لنظام التطبيقات الفضائية في برنامج الفضاء المأهول الصيني ، إن هذا الإنجاز هو ثمرة تعاون وثيق بين النظام العام والفريق العلمي والفريق الهندسي.

وتتحرك الذرات دائما حركة حرارية عشوائية، ويعني تبريدها إبطاء حركتها. ولا تكاد الذرات تصبح ساكنة وتدخل في حالات كمومية منتظمة قابلة للدراسة إلا عند الاقتراب من الصفر المطلق، الذي يبلغ نحو 273.15 درجة مئوية تحت الصفر. وظل الوصول إلى هذه الدرجة تحديا فيزيائيا على مدى قرن. وكان الرقم القياسي السابق، البالغ 38 بيكوكلفن، قد سجله فريق ألماني في عام 2021.

واستخدم الفريق الصيني مصيدة بصرية بالكامل لاحتجاز سحابة الذرات، ثم خفّض شدة الليزر لمواصلة تبريدها عبر التبخر، قبل تطبيق مرحلة تبريد عميق تُعرف باسم الانتشار غير الأديباتي. وبالمقارنة مع أسلوب المصيدة المغناطيسية المستخدم دوليا، فإن الطريقة الصينية أكثر صعوبة في التنفيذ، لكنها تتمتع بمزايا واضحة، إذ إنها أقل تأثرا بالتداخلات المغناطيسية، وأسهل في التحكم الدقيق بها في الفضاء، كما تتيح منافذ بصرية أكثر. ولذلك، فهي تتوافق مع نطاق أوسع من تجارب المحاكاة الكمومية. وفي ظل الجاذبية الصغرى، يمكن احتجاز الذرات باستخدام قوى تقييد أضعف بكثير، ما يسمح بتحقيق درجات حرارة أدنى وإطالة مدة المراقبة.

ولتحقيق هذا الهدف، نجح الفريق في دمج نظام تجريبي أرضي يبلغ حجمه نحو 20 مترا مكعبا ويزن 10 أطنان داخل منصة لا يتجاوز حجمها 0.7 متر مكعب ووزنها 0.5 طن، متغلبا على تحديات رئيسية تتعلق بأنظمة التفريغ فائق الارتفاع، وليزرات الألياف عالية القدرة، والتثبيت طويل الأمد لتردد الليزر، والدمج البصري عالي الدقة.

وقال لي تانغ، الباحث في معهد شانغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة، إن التحدي الهندسي تمثل في جمع عدد من التقنيات المتطورة ضمن حيز محدود، مع الالتزام بمتطلبات صارمة خاصة بصناعة الطيران والفضاء.

ويؤدي تبريد الذرات إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق إلى تمديد أطوال موجات دي برولي الخاصة بها إلى مقاييس يمكن رصدها، ما يجعل التأثيرات الكمومية أكثر وضوحا وقابلة للتحكم. ويوفر ذلك منصة نقية ومرنة للمحاكاة الكمومية، ويدعم تطوير تقنيات مثل الساعات الذرية فائقة الدقة، والقياس بالقصور الذاتي باستخدام تداخل الذرات، والحوسبة الكمومية.

وتكتسب إطالة مدة المراقبة أهمية خاصة، إذ لا تتجاوز المدة المتاحة لمراقبة الذرات في التجارب الأرضية نحو 0.05 ثانية، وتبلغ نحو ثانية واحدة على متن محطة الفضاء الدولية، بينما وصلت الآن إلى سبع ثوان على متن محطة الفضاء الصينية.

وقال شيونغ وي، أحد المؤلفين الرئيسيين المشاركين في إعداد الورقة البحثية، إن إطالة مدة المراقبة تزيد من فرص اكتشاف ظواهر فيزيائية جديدة وأكثر خفوتا.

وقال تشن وي بياو، الباحث في معهد شانغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة، إن هذا الإنجاز قد يساعد العلماء على دراسة التحولات الطورية والديناميكيات خارج حالة التوازن والارتباطات الكمومية متعددة الأجسام في درجات حرارة منخفضة للغاية، كما يدعم الأبحاث المتعلقة بمحاكاة الكون المبكر والكشف عن المادة المظلمة فائقة الخفة.

ومن جانبه، قال ليوي تسونغ مين، كبير مصممي نظام التطبيقات الفضائية في برنامج الفضاء المأهول الصيني ، إن الصين ترحب بالعلماء من جميع أنحاء العالم لإجراء أبحاث تجريبية باستخدام منصة فيزياء الذرات فائقة البرودة على متن محطتها الفضائية، وتقديم إسهامات جديدة للمجتمع العلمي.