来自《自然》杂志
这听起来可能比地狱结冰更不可能，但物理学家首次创造出温度低于绝对零度的原子气体。他们的技术为生成负开尔文材料和新的量子设备打开了大门，甚至可能有助于解决一个宇宙学谜团。
19世纪中期，开尔文勋爵定义了绝对温标，使得任何物质的温度都不能低于绝对零度。物理学家后来意识到，气体的绝对温度与其粒子的平均能量有关。绝对零度对应于粒子完全没有能量的理论状态，而较高的温度对应于较高的平均能量。
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然而，到了20世纪50年代，研究更奇异系统的物理学家开始意识到这并非总是如此：从技术上讲，您是通过一张图表来读取系统的温度，该图表绘制的是系统中粒子以特定能量被发现的概率。通常，大多数粒子具有平均或接近平均的能量，只有少数粒子以较高的能量快速移动。理论上，如果情况相反，更多的粒子具有较高的能量而不是较低的能量，则该图会翻转，并且温度的符号将从正绝对温度变为负绝对温度，德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的物理学家乌尔里希·施耐德解释说。
峰和谷
施耐德和他的同事们利用由钾原子组成的超冷量子气体达到了这种低于绝对零度的温度。他们使用激光和磁场将单个原子保持在晶格排列中。在正温度下，原子会相互排斥，从而使配置稳定。然后，该团队快速调整了磁场，导致原子相互吸引而不是相互排斥。“这会突然将原子从它们最稳定、能量最低的状态转移到可能的最高能量状态，然后它们才能做出反应，”施耐德说。“这就像穿过山谷，然后立即发现自己身处山峰之巅。”
在正温度下，这种反转是不稳定的，原子会向内塌缩。但是该团队还调整了捕获激光场，使原子更容易保持在它们的位置上。这一结果今天在《科学》杂志上发表，标志着该气体从略高于绝对零度过渡到低于绝对零度几个十亿分之一开尔文。
马萨诸塞州剑桥麻省理工学院的物理学家兼诺贝尔奖得主沃尔夫冈·凯特勒曾展示过磁系统中的负绝对温度，他称这项最新的工作是“一次实验上的重大突破”。在正温度下难以在实验室中产生的外来高能状态在负绝对温度下变得稳定——“就像你可以将金字塔倒立放置而不用担心它会倒塌一样，”他指出——因此这些技术可以允许详细研究这些状态。“这可能是在实验室中创造新型物质的一种方法，”凯特勒补充道。
德国科隆大学的理论物理学家阿奇姆·罗施说，如果建成，这种系统将会以奇怪的方式运作，他提出了施耐德及其团队使用的技术。例如，罗施和他的同事们已经计算出，原子云通常会被重力向下牵引，如果云的一部分处于负绝对温度，则一些原子会向上移动，显然是在违抗重力。
这种低于绝对零度的气体的另一个特点是它模仿了“暗能量”，这种神秘的力量推动宇宙以越来越快的速度膨胀，与向内的引力抗衡。施耐德指出，该团队产生的气体中相互吸引的原子也想要向内塌缩，但由于负绝对温度稳定了它们，因此没有塌缩。“有趣的是，这种奇怪的特性出现在宇宙中，也出现在实验室中，”他说。“这可能是宇宙学家应该更密切关注的事情。”