超流體與玻色-愛因斯坦凝聚

玻色-愛因斯坦凝聚

/ BOZE EYE-styne KON-den-sate /

設想一群鬧哄哄的人,各做各的事——然後一聲令下,整群人忽然步調齊一,每個人動作分毫不差,就像一支合唱團齊聲唱出同一個音。玻色-愛因斯坦凝聚就是這件事的物質版本:極多的粒子放棄各自的運動,一齊擠進同一個能量最低的量子態。

它只對玻色子成立。玻色子是這樣一類粒子:與大多數物質不同,它們樂於無限制地與同伴共享同一個態。平時,熱讓它們彼此推搡,散落在許多不同的態裡。可一旦把一團玻色子氣體冷到足夠接近絕對零度,它們中極大一部分會忽然同時落到那個最低的態上。由於它們共享著同一道量子波,凝聚體表現得不像一群各自為政的原子,而像一道你原則上看得見的、巨大的物質波。

玻色-愛因斯坦凝聚之所以重要,是因為它把單個粒子那通常看不見的量子行為放大到了科學家能捧在手裡、能成像、能擺弄的尺度——成了直接檢驗量子力學的遊樂場。一個常見的誤解是以為凝聚體不過是一團很冷的氣體;關鍵不僅在於溫度低,而在於原子真的融合進了同一個共享的態,這是一個獨立的物態,而不只是某個舊物態的「受冷版」。

1995年,一支團隊把幾千個銣原子冷到絕對零度以上不足百萬分之一度,並在速度圖像上看到一個尖銳的峰冒了出來——那正是原子坍縮進同一個共享態的一刻,史上第一個玻色-愛因斯坦凝聚,這項成就贏得了諾貝爾獎。

第一個玻色-愛因斯坦凝聚:成千原子驟然落入同一個態,化作一座孤高的尖峰。

阿爾伯特·愛因斯坦與薩特延德拉·納特·玻色早在1920年代就預言了這一物態,但要等到冷卻技術發展了七十年,才有人真正在實驗室裡把它造了出來。

又稱
BEC玻色-爱因斯坦凝聚