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        科學家創造出第五種物質形態:玻色·愛因斯坦凝聚態

          北京時間11月7日消息,據國外媒體報道,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銣-87原子。

        科學家創造出第五種物質形態:玻色·愛因斯坦凝聚態


          科學家先是用一枚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,僅比宇宙中可能達到的最低溫——絕對零度高一丁點兒。


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


          不同于其它物態(固體、液體、氣體和等離子體),玻色-愛因斯坦凝聚態只有將氣態原子云被冷卻至極接近絕對零度時才能形成,與絕對零度僅相差幾十億分之一攝氏度。當一群原子被冷卻至如此低溫時,便不再會以單個原子的形式運動,而是會聚合成一個巨大的“超級原子”。成千上萬個原子突然變得不可區分,按照統一的波長一同緩慢振動。從理論上來說,周圍哪怕出現再細微的引力干擾,都可以被這種物質探測到。


          這種超敏感性或將使玻色-愛因斯坦凝聚態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,它們很快就會掉落到容器底部、并隨之分崩離析,留給科學家的只有短短數秒。


          研究人員有時會增加容器高度,試圖多爭取幾秒研究時間。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立了“冷原子實驗室”。)


          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“微重力物質波干涉測量實驗”(MAIUS 1)的一部分,于去年1月發射。地面上的科學家知道,一旦原子進入冷凍狀態,他們只有寶貴的幾分鐘時間。利用火箭上搭設的實驗室,該研究團隊在這枚薄片上快速開展了110次實驗,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。


          此次研究結果于今年10月17日發表在《自然》期刊上。其中一項發現是,切分和重組玻色-愛因斯坦凝聚態可以成為探測引力波的關鍵工具。在其中一項實驗中,該團隊用一道激光將這團“凝聚云”切成了兩半,然后觀察它們重新結合的過程。由于這兩半凝聚云擁有相同的量子態,且以連續波的形式運動,若重組后的兩半凝聚云發生任何變化,都說明有某種外界影響改變了其量子態。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,科學家都將開展更多的玻色-愛因斯坦凝聚態研究。就目前而言,MAIUS 1任務的研究人員們主要有兩項任務:耐心等待,吃飽穿暖。


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