科學(xué)家創(chuàng)造出第五種物質(zhì)形態(tài)：玻色·愛因斯坦凝聚態(tài)

據(jù)國外媒體報(bào)道，2017年1月23日，瑞典基律納上方256公里處，一枚小小的薄片成為了宇宙中最冷的所在，并持續(xù)了幾分鐘。

2017年1月23日，瑞典基律納上方256公里處，一枚小小的薄片成為了宇宙中最冷的所在，并持續(xù)了幾分鐘。

這枚薄片很小，約為一枚郵票那么大，上面緊密分布著成千上萬個(gè)銣-87原子。科學(xué)家先是用一枚12米長的無人火箭將這枚薄片送入太空，然后用激光進(jìn)行轟擊，直到薄片中的原子被冷卻至零下273.15攝氏度，僅比宇宙中可能達(dá)到的最低溫——絕對零度高一丁點(diǎn)兒。

在接下來的6分鐘里，科學(xué)家獲得了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，深入了研究這種宇宙中最奇特、最陌生的物質(zhì)狀態(tài)——玻色·愛因斯坦凝聚態(tài)。這也是科學(xué)家首次在太空中創(chuàng)造出這種物態(tài)。

不同于其它物態(tài)(固體、液體、氣體和等離子體)，玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)只有將氣態(tài)原子云冷卻至極接近絕對零度時(shí)才能形成，與絕對零度僅相差幾十億分之一攝氏度。當(dāng)一群原子被冷卻至如此低溫時(shí)，便不再會(huì)以單個(gè)原子的形式運(yùn)動(dòng)，而是會(huì)聚合成一個(gè)巨大的“超級(jí)原子”。成千上萬個(gè)原子突然變得不可區(qū)分，按照統(tǒng)一的波長一同緩慢振動(dòng)。從理論上來說，周圍哪怕出現(xiàn)再細(xì)微的引力干擾，都可以被這種物質(zhì)探測到。

這種超敏感性或?qū)⑹共Ｉ?愛因斯坦凝聚態(tài)成為探測引力波的有力工具。但問題是，如果在地球上研究這種物質(zhì)，它們很快就會(huì)掉落到容器底部、并隨之分崩離析，留給科學(xué)家的只有短短數(shù)秒。

研究人員有時(shí)會(huì)增加容器高度，試圖多爭取幾秒研究時(shí)間。但這種方法并不適合長期研究。因此在低重力或失重條件下研究玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)可以大大提高研究效率。(出于這一目的，NASA最近在國際空間站上設(shè)立了“冷原子實(shí)驗(yàn)室”。)

再說回火箭和超低溫薄片的問題。上文提到的這枚布滿原子的薄片是“微重力物質(zhì)波干涉測量實(shí)驗(yàn)”(MAIUS 1)的一部分，于去年1月發(fā)射。地面上的科學(xué)家知道，一旦原子進(jìn)入冷凍狀態(tài)，他們只有寶貴的幾分鐘時(shí)間。利用火箭上搭設(shè)的實(shí)驗(yàn)室，該研究團(tuán)隊(duì)在這枚薄片上快速開展了110次實(shí)驗(yàn)，希望能更好地理解引力對原子捕獲和冷卻的影響，以及玻色-愛因斯坦凝聚物在自由落體過程中的表現(xiàn)。

此次研究結(jié)果于今年10月17日發(fā)表在《自然》期刊上。其中一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是，切分和重組玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)可以成為探測引力波的關(guān)鍵工具。在其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)用一道激光將這團(tuán)“凝聚云”切成了兩半，然后觀察它們重新結(jié)合的過程。由于這兩半凝聚云擁有相同的量子態(tài)，且以連續(xù)波的形式運(yùn)動(dòng)，若重組后的兩半凝聚云發(fā)生任何變化，都說明有某種外界影響改變了其量子態(tài)。而研究人員表示，引力波便可能是此類影響之一。

好消息是，未來無論是在地球上、還是在太空中，科學(xué)家都將開展更多的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)研究。就目前而言，MAIUS 1任務(wù)的研究人員們主要有兩項(xiàng)任務(wù)：耐心等待，吃飽穿暖。