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玻色一爱因斯坦凝聚态的研究与发展

2022.11.04

所谓“玻色一爱因斯坦凝聚态”,是科学巨匠爱因斯坦在70 年前预言的一种新物态。为了揭示这个有趣的物理现象,世界科学家为此付出了几十年的努力。

 1995年,美国科学家维曼、康奈尔和德国科学家克特勒首先从实验上证实了这个新物态的存在。

为此,2001年度诺贝尔物理学奖授予了这3位科学家,以表彰他们在实现“玻色一爱因斯坦凝聚态”研究中作出的突出贡献。“玻色一爱因斯坦凝聚态” 是物质的一种奇特的状态,处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同,它表示原来不同状态的原子突然“凝聚” 到同一状态,要达到该状态,一方面需要物质达到极低的温度,另一方面还要求原子体系处于气态。

华裔物理学家朱棣文,曾因研究出激光冷却和磁阱技术这一有效的制冷方法,而与另两位科学家分享了1997年的诺贝尔物理学奖。“玻色一爱因斯坦凝聚态”所具有的奇特性质,不仅对基础研究有重要意义,在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域,也都有很好的应用前景。

科学家们在1995年已成功地通过将具有玻色子特征的原子气体冷却至低温,获得所谓的 “玻色一爱因斯坦凝聚态”。由于没有任何2个费米子能拥有相同的量子态,费米子的凝聚一直被认为不可能实现。物理学家找到了一个克服以上障碍的方法,他们将费米子成对转变成玻色子。这一研究为创造“费米子凝聚态”铺平了道路。

德博拉·金领导的联合研究小组,将具有费米子特征的钾原子气体冷却到绝对零度以上的十亿分之一度,此时钾原子停止运动。绝对零度相当于-273.15℃。试验中,科学家用激光方法远远达不到费米子凝聚所要求的温度。为此,还要把原子放到“磁杯”中进行蒸发冷却。他们将气体约束在真空小室中,并采用磁场和激光使钾原子配对,成功地创造出“费米子凝聚态”。


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