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超冷分子在-273.15℃下首次形成玻色-爱因斯坦凝聚态

6月7日消息,爱因斯坦等杰出科学家早在20世纪20年代便提出了一个引人深思的预测:当原子等粒子被置于接近绝对零度的极端低温环境中时,它们将不再像往常一样独自行动,而是以一种特殊的方式相互凝聚,形成一个犹如“超级原子”般的集合体。这一奇异现象便是我们现在所说的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)。

超冷分子在-273.15℃下首次形成玻色-爱因斯坦凝聚态

关于 BEC 的科学研究可以追溯到一个世纪前的物理学家萨蒂扬德拉-纳特-博斯和阿尔伯特-爱因斯坦。他们在 1924 年和 1925 年发表的一系列论文中预言,一组冷却到接近静止的粒子将凝聚成一个单一的、更大的超实体,具有量子力学定律所规定的共同特性和行为。

科学家于 1995 年已经实现了原子 BEC 状态,并一直探索在分子上也实现 BEC 状态。

研究人员表示,分子能以原子不可能的方式旋转和振动,分子 BEC 可为物理学家提供模拟和理解更广泛物理现象的可能性,但与原子相比,分子的控制和冷却更具挑战性。

超冷分子在-273.15℃下首次形成玻色-爱因斯坦凝聚态

科学家在纽约最冷的地方--哥伦比亚大学物理学家塞巴斯蒂安・威尔(Sebastian Will)实验室内,成功地用分子创造出了一种独特的量子态物质--玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)。

超冷分子在-273.15℃下首次形成玻色-爱因斯坦凝聚态

超冷分子在-273.15℃下首次形成玻色-爱因斯坦凝聚态

该实验在荷兰拉德布德大学的理论合作者蒂伊斯?卡曼(Tijs Karman)的支持下推进,相关成果发表在《Nature》上。

科研团队使用钠铯分子,冷却到 5 纳开尔文(约 -459.66 °F/-273.1℃),让 1000 多个分子处于一个巨大的量子态,形成了分子玻色-爱因斯坦凝聚态。

每个极性分子由一个钠原子和一个铯原子组成。他们利用两种微波场操控极性分子:一种控制分子的旋转;另一种则使分子发生振荡。这两个微波场“携手”使分子朝向特定方向,防止了分子之间发生碰撞,这使科学家能够挤出最热分子,从而进一步冷却分子。

这项成果既可以帮助科学家创造出能无阻力流动的超固体材料,又有助于研制新型量子计算机。

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