陳　博

經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，物質(zhì)的形態(tài)包括固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)。自1924年起，“玻色—愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)”成為傳說(shuō)中的物質(zhì)第五態(tài)。2008年10月22日“每日科學(xué)”網(wǎng)站報(bào)道，德國(guó)美因茨大學(xué)的科學(xué)家們，對(duì)物質(zhì)第五態(tài)的研究取得突破性進(jìn)展，首次成功地觀察到“玻色—愛(ài)因斯坦冷凝物”中單個(gè)原子的空間分布。

“玻色—愛(ài)因斯坦凝聚”概念最早由印度物理學(xué)家玻色提出，愛(ài)因斯坦將其理論用于原子氣體中，進(jìn)而做出預(yù)言：物質(zhì)除四態(tài)外，還存在另外的一種狀態(tài)。當(dāng)溫度足夠低、運(yùn)動(dòng)速度足夠慢時(shí)，大部分原子會(huì)突然跌落到最低的能級(jí)上，此時(shí)所有的原子“凝聚”到同一狀態(tài)，就像一個(gè)“超級(jí)原子”一樣，具有完全相同的物理性質(zhì)。

然而，實(shí)現(xiàn)及研究“玻色—愛(ài)因斯坦凝聚”的條件極為苛刻：一方面需要達(dá)到極低的溫度（絕對(duì)零度的十億分之幾度），另一方面還需要原子體系處于氣態(tài)。這在當(dāng)時(shí)幾乎是自相矛盾的，一直到理論提出71年之后，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家才有所發(fā)現(xiàn)，于銣原子蒸氣中第一次直接觀測(cè)到了“玻色—愛(ài)因斯坦凝聚”。此后三位科學(xué)家因?qū)λ难芯揩@得2001年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是一種相對(duì)純粹的“玻色—愛(ài)因斯坦冷凝物”，由此科學(xué)界對(duì)物質(zhì)第五態(tài)的研究邁出關(guān)鍵性一步。

而今美因茨大學(xué)的物理學(xué)家們樹(shù)立起一座新的里程碑。研究小組開(kāi)發(fā)出高分辨率掃描電子顯微鏡，其空間分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往使用的任何方法，能以極細(xì)電子束掃描超冷原子云，使得最微小的結(jié)構(gòu)都清晰可見(jiàn)，因此可用于繪制“玻色—愛(ài)因斯坦冷凝物”中的單個(gè)原子。同時(shí)，研究人員成功使光晶格的結(jié)構(gòu)變得可見(jiàn)，只要將冷原子置于其中，就可藉著調(diào)控光晶格來(lái)操控原子間的位置。

研究人員表示，這一成果將加深人們對(duì)物質(zhì)第五態(tài)的了解，“玻色—愛(ài)因斯坦凝聚”對(duì)于超新星爆發(fā)、黑洞的模擬也會(huì)促進(jìn)天體物理學(xué)的發(fā)展。而在物理學(xué)界，這誠(chéng)如一面放大鏡，將微觀世界徐徐呈現(xiàn)在人們眼前。