美国加州的黑科技超导X射线激光器已经实现了比太空中更低的温度。

利用美国能源部SLAC国家加速器实验室的X射线自由电子激光器，科学家们将液氦冷却到零下456华氏度(零下271摄氏度)，即2开尔文。这是被称为LCLS II的直线加速器相干光源(LCLS)升级项目的一部分。

这个温度只比绝对零度高2开尔文，绝对零度是所有粒子停止运动的最低温度。

创造这种寒冷的环境对加速器来说非常重要，因为在如此低的温度下，加速器会变得超导，这意味着它可以几乎零能量损失地推动电子通过。

事实上，即使是太空中的空白区域也没有那么冷，因为它们仍然充满了宇宙微波背景辐射，这是宇宙大爆炸后不久的残留物，温度为:零下454华氏度，也就是3开尔文。

SLAC加速器委员会主任Andrew Burrill说:“LCLS-II X射线自由电子激光器的下一代超导加速器的工作温度已经达到绝对零度以上2摄氏度。LCLS二号现在准备开始以每秒654.38+0亿脉冲的速度加速电子，这将是一项世界纪录。”

安德鲁·伯里尔补充说:“这比它的前身LCLS多了四个数量级，这意味着在短短几个小时内，我们将向用户发送比LCLS过去65，438+00年更多的X射线。”

这是LCLS-2需要完成的最后一个里程碑之一，然后它可以继续产生X射线脉冲，比它的前任创造的脉冲亮10000倍。

所有这些将有助于研究人员以前所未有的细节检测复杂材料。高强度、高频率的激光脉冲使研究人员能够以前所未有的清晰度观察电子和原子在材料中如何相互作用。

这将有助于许多应用，从而有助于揭示“自然和人工分子系统如何将阳光转化为燃料，如何控制这些过程，以及如何理解将使量子计算成为可能的材料的基本属性”。

事实上，在加速器中创造这样一个寒冷的环境需要一些复杂的工作。比如为了防止氦气沸腾，团队需要超低压力。

SLAC低温部门主任埃里克·福韦(Eric Fauve)解释说:“在海平面上，纯水的沸点是212华氏度(100摄氏度)，但这个沸点会随着压力的变化而变化。例如，在高压锅中，压力更高，水在250华氏度(121摄氏度)沸腾，而在海拔高度，情况正好相反，压力更低，水在更低的温度下沸腾。”

埃里克·富夫补充道:“氦也是。然而，在标准大气压下，氦会在4.2开尔文时沸腾。如果气压下降，温度就会下降。要把温度降低到2.0开尔文，我们需要的压力只是大气压的1/30。”

为了达到这种低压，该团队使用了五台低温离心压缩机，这些压缩机将氦气压缩冷却，然后在一个腔室中膨胀以降低压力，使其成为地球上少数几个可以大规模生产2.0开尔文氦气的地方。

每个低温离心压缩机都是配备有转子/叶轮的离心机，类似于发动机涡轮压缩机的转子/叶轮。旋转时，叶轮加速氦分子，在轮子中心产生真空，使分子被吸入，在轮子外围产生压力，将分子喷出。压缩迫使氦呈现液态，但氦逃逸到真空中，在真空中迅速膨胀，同时冷却。

除了它的最终应用，LCLS二号产生的超冷氦本身就是一个科学奇迹。

在2.0开尔文时，氦会变成超流体，称为氦二，具有非凡的特性。比如它的导热系数是铜的几百倍，粘度(或流阻)非常非常低，低到无法测量。

对于LCLS二号来说，2开尔文已经是预期的最低温度。

SLAC加速器委员会主任Andrew Burrill说:“虽然通过非常特殊的冷却系统可以达到更低的温度，可以达到绝对零度以上的温度，但在这个温度下，所有的运动都停止了。但这种特殊的激光没有能力实现这些极端情况。”