玻色-牛顿凝结（BEC），常被称作第五种化学物质情况。当被困住的高密度玻色子原子云被降温到贴近绝对零度时就可以创建出BEC（玻色子原子就是指这些磁矩为整数金额的原子）。BEC会展现出一种统一的情况，全部的这种原子会如同被融合在了一起，主要表现得像一个单一、和睦的物件。

1995年，科学家运用电磁场在铷原子蒸气中，初次生产制造出了这类怪异的凝聚态。自当时起，这类古怪的量子态便常常被各种各样研究量子科技特点的试验采取，变成 了研究量子物理学的主要专用工具

近日，《物理评论快报》上发表了一项新的研究。一组科学家根据用一种新的“物质波透镜”来缓解BEC的膨胀，精确测量到史无前例的极低温度——仅比绝对零度高于38 pK（1 pK = 10 K）。

在低温下，较稀的原子汽体会以物质波的类型呈现出他们彻底的量子科技特性。BEC物质波是一个强悍的专用工具，它能够被用于探寻量子理论和广义相对论中间的界限。当将随意落下的BEC放置干涉仪里时，它所造成的干预样图将一部分在于由原子品质引发的吸引力效用，这类特点有利于科学家对一些主要的物理化学全过程开展检测。

殊不知，开展这种检测的先决条件是——BEC能够在较长一段时间内随意降落。这就产生了一个难题：当BEC从造成它的磁阱中被释放出时，颗粒相互间的斥性相互影响会快速转换为机械能，进而导致这种原子趋向分散化，造成BEC在降落流程中快速膨胀，越来越十分稀少，因此没法根据规范的消化吸收显像方式被检验到。仅有减少这类动能——也就是说，仅有进一步减少BEC的温度，才有可能提升物质波干预的测量精度。

为了更好地实现这一点，在过去的一些研究中，科学家早已运用磁性、静电力等来对焦BEC。这种方式被称作物质波透镜，他们的运行方法有点儿类似用透镜对焦光，目地是将BEC原子对焦在无限远方，是减少BEC內部机械能的一个合理方式。

往日的物质波透镜将BEC的温度减少至大概50 pK。殊不知，这种透镜只有危害BEC在轴向上（2个层面）的温度，不可以危害BEC在跌落时的径向温度。因而就算在这种物质波透镜的幫助下，自由落体运动中的BEC仍会快速膨胀。

在新研究中，研究工作人员采用了一种新的物质波透镜系统软件，它还可以在三维空间中的三个层面上，将BEC波对焦到无穷远。

她们最先在一个微集成ic上制造出一个圆柱型的磁阱，在这个磁阱中转化成了大概十万个铷原子构成的BEC。根据更改用以捕捉BEC的电磁场，更改其样子，使其产生震荡，BEC会从球型变化为薄椭圆型——他们在轴往上拉长，在“腰”的角度上变窄。假如再次BEC的这类震荡，BEC能复原到原先的样子。

往日的物质波透镜（左，沒有诱发震荡，仅有磁透镜）和新的物质波透镜（右）对比分析。在新方式中，研究工作人员会最先在BEC中诱发由原子相互影响导致的团体方式震荡（上），当在“腰”部的总宽做到最钟头，BEC便会被释放出来。为了更好地降低在其它2个方面的膨胀，研究运用了一个圆柱型磁透镜（翠绿色表明）。| 图片出处：Alan Stonebraker / APS

但在操作过程中，研究工作人员会挑选在腰越来越较细时，释放出来BEC让其随意降落。这类办法能使它的径向膨胀率尽量的低。然后，研究精英团队会运用一个磁透镜来进一步地操纵BEC在轴向上的膨胀。根据这类精妙的融合，新的方式缓解了BEC在三个层面上的膨胀，将BEC制冷到38 pK的超低温。

为了更好地检测此项技术性，研究工作人员纪录了带有超出十万个原子的BEC物质波在一个110米高的高楼内的自由落体运动状况。这一塔里拥有 十分独特的微重力自然环境，其方差瞬时速度仅有重力加速（g≈9.81m/s ）的百万分之一几。她们在塔的顶部释放出来BEC，这种原子接着经历了4.74秒的自由落体运动。在这段时间，研究工作人员在不一样的点拍攝了两者的图象。并按照在不一样的地方上的显像数据信息，推断出膨胀速率约为60 m/s。

研究工作人员发觉，在沒有一切透镜功效的情形下，这种BEC会在被释放出来的160ms后，就因越来越过度稀少而“消退”了。而借助运用新的技术性，BEC的膨胀速率会大大的缓减，其全部降低全过程全是由此可见的。在这样的情形下，研究工作人员还可以对BEC开展超出2秒的显像。

这也是原子干预精确测量的关键一步。与之前的办法对比，新的技术水平在全部三个层面上面减少了空气的內部机械能。在研究全过程中，研究工作人员用这一模拟系统演试了更长的干预精确测量時间。仿真模拟数据显示，这类技术性也许还可以使总程像時间超出17秒。

38 pK早已是史无前例的超低温了。但研究工作人员表明，更繁杂的磁透镜设定也有望进一步降低现阶段设定的一些限定，进而更严苛地操纵BEC膨胀。与此同时，减少BEC内的原子数还有很有可能减少膨胀速度，乃至能够使合理温度减少至14 pK。但是这个办法也会降低总的显像時间，由于BEC越小，便会越快速地越来越太稀而没法显像。

这类新的透镜方式为基础物理检测和量子科技传感器技术在制定和操纵BEC的外形和膨胀时间上出示了新的很有可能。研究工作人员坚信，那样的效果将有利于科学家在未来开展的高精密的引力波检测、引力常数的精确测量，超轻型暗能量的寻找，及其牛顿等效原理的严苛量子科技认证。

#写作精英团队：

文：二宗主

#参照来源于：

https://physics.aps.org/articles/v14/119

https://physicsworld.com/a/bose-einstein-condensates-hit-record-low-temperature/

#图片出处：

封面照片：geralt /Pixabay