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科学家造出第一个玻色-爱因斯坦凝聚态分子云

科学家第一次在接近绝对零度的低温下,实现由很多分子聚合在一起成为一体、行为犹如单个量子体的状态,也称为玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate,BEC)分子云。这项技术为开发像室温下超导体等这些新材料提供了很好的实验平台。

科学家造出第一个玻色-爱因斯坦凝聚态分子云玻色-爱因斯坦凝聚态下的铯分子云图像。(Chin Lab/ University of Chicago)在这之前,科学家实现过冷冻原子云,即低温下大量原子聚集在一起处于完全静止的状态,组成一团高密度原子云,整体的行为就像单个“超级原子”一样。玻色-爱因斯坦凝聚态也常被称为固态、液态、气态和等离子态之外的第五态。这种状态下物质的每个微观粒子有着相同的量子特性。自从上世纪90年代以来,科学家一直在研究由各种原子构成的玻色-爱因斯坦凝聚态。可是对于分子来说,要把它们冷却到那样的低温难度更大。科学家造出第一个玻色-爱因斯坦凝聚态分子云这项新研究的主要研究者芝加哥大学(University of Chicago)的钱城(Cheng Chin,音译)说:“冷却到一定程度,就没有办法让它们继续降温了。”这个研究组找到了一种新的方法,用激光除去分子的能量把它们冷却到接近绝对零度,成功地让几千个铯分子组成一份玻色-爱因斯坦凝聚态。研究人员先造出一个单层的、由原子构成的玻色-爱因斯坦凝聚态,然后向它们施加磁场促使原子成对结合组成分子。再使用一道很宽、但是非常薄的激光束,把这些分子固定住,保持平面原子片的形态。这让它们在10纳米开尔文这样非常接近绝对零度的低温下,维持稳定的分子结构,并保持玻色-爱因斯坦凝聚态。科学家造出第一个玻色-爱因斯坦凝聚态分子云钱城说,这种状态是进行研发实验理想的初始状态,因为在这种状态下减少了很多不稳定因素。“它们一起行动,形成整体。它们就像一个巨大的分子。”萨塞克斯大学(University of Sussex)的克鲁格(Peter Krüger)说:“他们把在原子层面已经实现了近25年的技术推向了新的层次。这个层次复杂度高得多。”克鲁格认为这项突破将为研发室温超导材料铺平道路。这项研究4月28日发表于《自然》(Nature)期刊。

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