在地球上，一臺將電子碰撞在一起的粒子加速器，達到了比外層空間更低的溫度。

利用美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室的X射線自由電子激光器，科學家們將液氦冷卻到零下456華氏度（零下271攝氏度），或2開爾文。這是直線加速器相干光源 (LCLS) 升級項目的一部分，稱為 LCLS II。

這個溫度只比絕對零度高 2 開爾文，絕對零度是所有粒子停止運動的最低溫度。

營造這種寒冷的環(huán)境對加速器至關重要，因為在如此低的溫度下，機器會變得超導，這意味著它可以在幾乎零能量損失的情況下推動電子通過。

實際上，即使是太空中的空白區(qū)域也沒有這么冷，因為它們仍然充滿了宇宙微波背景輻射，這是大爆炸后不久的殘留物，溫度統(tǒng)一為：零下454華氏度，即 3 開爾文。

SLAC加速器理事會主任安德魯·伯里爾（Andrew Burrill）表示：“LCLS-II X射線自由電子激光器的下一代超導加速器的工作溫度已經達到絕對零度以上2攝氏度。LCLS-II 現(xiàn)在已經準備好開始以每秒100萬次脈沖的速度加速電子，這將是一項世界紀錄?！?/p>

安德魯·伯里爾補充道：“這比它的前身 LCLS 每秒脈沖多4個數(shù)量級，這意味著，在短短幾個小時內，我們將向用戶發(fā)送比 LCLS 過去10年所做的更多的X射線?！?/p>

這是 LCLS-II 需要完成的最后一個里程碑之一，然后，它才能繼續(xù)產生平均比其前身創(chuàng)造的 X射線脈沖亮 10000 倍的 X射線脈沖。

這一切將有助于研究人員以前所未有的細節(jié)探測復雜材料。高強度、高頻激光脈沖使研究人員能夠以前所未有的清晰度，觀察材料中的電子和原子是如何相互作用的。

這將有助于許多應用，從幫助揭示“自然和人造分子系統(tǒng)如何將陽光轉化為燃料，從而如何控制這些過程，到了解將使量子計算成為可能的材料的基本性質”。

事實上，在加速器內創(chuàng)造如此寒冷的環(huán)境需要一些復雜的工作。例如，為了防止氦氣沸騰，該團隊需要超低壓力。

SLAC 低溫部門主任埃里克·福夫（Eric Fauve）解釋道：“在海平面上，純水的沸點為 212華氏度（100攝氏度），但這種沸點會隨壓力而變化。例如，在高壓鍋中，壓力較高，水在250華氏度（121攝氏度）沸騰，而在海拔高度則相反，那里的壓力較低，水在較低的溫度沸騰?！?/p>

埃里克·福夫補充道：“氦氣也是如此。然而，在標準大氣壓下，氦會在4.2開爾文沸騰。如果氣壓下降，溫度就會下降。要將溫度降低到 2.0 開爾文，我們需要的壓力僅為大氣壓的 1/30?！?/p>

為了達到這樣的低壓，該團隊使用了五個低溫離心壓縮機，它們壓縮氦氣使其冷卻，然后讓它在一個腔室中膨脹以降低壓力，使其成為地球上少數(shù)幾個可以大規(guī)模生產2.0開爾文氦的地方之一。

每臺低溫離心壓縮機都是一臺配備了轉子/葉輪的離心機，與發(fā)動機渦輪壓縮機的轉子/葉輪類似。當旋轉時，葉輪加速氦氣分子，在輪子中心產生真空，分子被吸入，在輪子外圍產生壓力，分子被噴射出來。壓縮迫使氦氣呈現(xiàn)液態(tài)，但氦逃逸到這個真空中，在那里它迅速膨脹，同時冷卻。

除了它的終極應用之外，LCLS-II 產生的超冷氦氣本身就是一個科學奇觀。

在2.0開爾文時，氦會變成超流體，稱為氦II，具有非凡的特性。例如，它的導熱效率是銅的數(shù)百倍，而且它的粘度（或流動阻力）很非常低，低到無法測量。

對于LCLS-II來說，2 開爾文已經是預計的最低溫度了。

SLAC加速器理事會主任安德魯·伯里爾表示：“雖然，通過非常專門的冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)更低的溫度，這種系統(tǒng)可以達到絕對零度以上幾分之一的溫度，但在這種溫度下，所有運動都停止了。但這種特殊的激光沒有能力達到這些極端情況?！?/p>