超流体与玻色-爱因斯坦凝聚

玻色-爱因斯坦凝聚

/ BOZE EYE-styne KON-den-sate /

设想一群闹哄哄的人,各做各的事——然后一声令下,整群人忽然步调齐一,每个人动作分毫不差,就像一支合唱团齐声唱出同一个音。玻色-爱因斯坦凝聚就是这件事的物质版本:极多的粒子放弃各自的运动,一齐挤进同一个能量最低的量子态。

它只对玻色子成立。玻色子是这样一类粒子:与大多数物质不同,它们乐于无限制地与同伴共享同一个态。平时,热让它们彼此推搡,散落在许多不同的态里。可一旦把一团玻色子气体冷到足够接近绝对零度,它们中极大一部分会忽然同时落到那个最低的态上。由于它们共享着同一道量子波,凝聚体表现得不像一群各自为政的原子,而像一道你原则上看得见的、巨大的物质波。

玻色-爱因斯坦凝聚之所以重要,是因为它把单个粒子那通常看不见的量子行为放大到了科学家能捧在手里、能成像、能摆弄的尺度——成了直接检验量子力学的游乐场。一个常见的误解是以为凝聚体不过是一团很冷的气体;关键不仅在于温度低,而在于原子真的融合进了同一个共享的态,这是一个独立的物态,而不只是某个旧物态的“受冷版”。

1995年,一支团队把几千个铷原子冷到绝对零度以上不足百万分之一度,并在速度图像上看到一个尖锐的峰冒了出来——那正是原子坍缩进同一个共享态的一刻,史上第一个玻色-爱因斯坦凝聚,这项成就赢得了诺贝尔奖。

第一个玻色-爱因斯坦凝聚:成千原子骤然落入同一个态,化作一座孤高的尖峰。

阿尔伯特·爱因斯坦与萨特延德拉·纳特·玻色早在1920年代就预言了这一物态,但要等到冷却技术发展了七十年,才有人真正在实验室里把它造了出来。

又称
BEC玻色-爱因斯坦凝聚