玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）
，常被称为第五种物质状态。当被困住的致密玻色子原子云被冷却到接近绝对零度时就可以创造出BEC
（玻色子原子是指那些自旋为整数的原子）
。BEC会呈现出一种统一的状态，所有的这些原子会好似被结合在了一起，表现得像一个单一、和谐的物体。
1995年，物理学家利用磁场在铷原子蒸汽中，首次制造出了这种奇异的凝聚态。自那时起，这种奇怪的量子态便经常被各种研究量子特性的实验采纳，成为了研究量子物理学的重要工具
近日，《物理评论快报》上刊登了一项新的研究。一组物理学家通过用一种新的“
物质波透镜
”来减缓BEC的膨胀，测量到了前所未有的超低温度——仅比绝对零度高出38 pK（1 pK = 10⁻¹² K）。
在超低温下，稀薄的原子气体会以物质波的形式表现出它们完全的量子性质。BEC物质波是一个强大的工具，它可以被用来探索量子理论和广义相对论之间的边界。当将自由下落的BEC置于干涉仪中时，它所产生的干涉图样将部分取决于由原子质量引起的引力效应，这种特性有助于物理学家对一些基本的物理过程进行检验。
然而，进行这些检验的前提是——BEC可以在很长一段时间内自由下落。这就出现了一个问题：当BEC从产生它的磁阱中被释放出来时，粒子之间的斥性相互作用会迅速转化为动能，从而使得这些原子趋于分散，导致BEC在下落过程中迅速膨胀，变得非常稀疏，因而无法通过标准的吸收成像方法被检测到。只有降低这种能量——换句话说，只有进一步降低BEC的温度，才可能提高物质波干涉的测量精度。
为了做到这一点，在过往的一些研究中，物理学家已经利用磁力、静电力等来聚焦BEC。这些方法被称为物质波透镜，它们的运作方式有点类似于用透镜聚焦光，目的是将BEC原子聚焦在无穷远处，是降低BEC内部动能的一个有效方法。
过往的物质波透镜将BEC的温度降低至大约50 pK。然而，这些透镜只能影响BEC在径向上（两个维度）的温度，不能影响BEC在坠落时的轴向温度。因此即便在这些物质波透镜的帮助下，自由落体中的BEC仍会迅速膨胀。
在新研究中，研究人员使用了一种新的物质波透镜系统，它可以在三维空间中的三个维度上，将BEC波聚焦到无穷远。
他们首先在一个微芯片上制作出一个圆柱形的磁阱，在这个磁阱中生成了大约10万个铷原子组成的BEC。
通过改变用于捕获BEC的磁场，改变其形状，使其发生振荡，BEC会从球形转变为薄椭圆形——它们在轴向上变长，在“腰”的方向上变细
。如果继续BEC的这种振荡，BEC能恢复到原来的形状。
发表于 2021-9-12 15:09
收藏
分享