最新研究显示，科学家首次在太空中观测到物质的第五种状态，提供了前所未有的洞察力，可能有助于解决量子宇宙中一些最棘手的难题。科学家们相信，玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)包含了诸如暗能量等神秘现象的重要线索。

据法新社6月11日报道，所谓玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)，是当某些元素的原子冷却到接近绝对零度(0开尔文，即零下273.15摄氏度)时形成的。阿尔伯特·爱因斯坦和印度数学家萨蒂恩德拉·纳特·博斯在近一个世纪前就预言了这种凝聚态的存在。

在这一点上，原子成为具有量子属性的单一实体，其中每个粒子也起到物质波的作用。BEC横跨在由重力等力控制的宏观世界和由量子力学控制的微观平面之间。

科学家们相信，BEC包含了诸如暗能量等神秘现象的重要线索，暗能量被认为是宇宙加速膨胀背后的未知能量。

但是，BEC是极其脆弱的。与外部世界的最轻微的互动，就足以让它们温暖到超过凝结的门槛。科学家几乎不可能在地球上研究它们，因为地球上的重力干扰了将它们固定在适当位置进行观测所需的磁场。

周四，美国宇航局(NASA)的一个科学家小组公布了国际空间站上BEC实验的首批结果，在那里粒子可以不受地球限制地进行操纵。

加州理工学院的罗伯特·汤普森(Robert Thompson)表示：“微重力使我们可以用更弱的力来限制原子，因为我们不必支持它们对抗重力。”

这项发表在《自然》(Nature)杂志上的研究记录了地球上创建的BEC和国际空间站上的BEC在属性上的几个惊人差异。

首先，地球实验室中的BEC在消散之前通常会持续几毫秒。在国际空间站上，BEC持续了一秒钟以上，为团队提供了一个前所未有的机会来研究它们的属性。

微重力还允许原子被较弱的磁场操纵，加快了它们的冷却速度，并允许更清晰的成像。

创造物质的第五种状态，特别是在空间站的物理范围内，绝非易事。首先，用激光将玻色子（具有相同数量的质子和电子的原子）夹在适当的位置，冷却到绝对零度。

原子移动得越慢，它们就变得越冷。当它们散热时，会引入一个磁场来阻止它们移动，每个粒子的波都会膨胀。

将许多玻色子塞进一个微观的“陷阱”，使它们的波重叠成一个物质波——这一特性被称为量子简并（quantum degeneracy）。

第二次释放磁阱是为了让科学家研究凝析油，然而，原子开始相互排斥，导致飞离，BEC变得太稀薄，无法检测到。

汤普森和团队意识到，国际空间站上的微重力使他们能够在比地球上浅得多的“陷阱”上，从铷(一种类似于钾的软金属)中创建BEC。

这就是凝析油在扩散前可以研究的时间大大增加的原因。汤普森说：“最重要的是，我们可以观察到原子在完全不受外力约束的情况下漂浮。”

以前的研究试图模拟失重对BEC的影响，使用的是自由落体中的飞机、火箭，甚至是从不同高度坠落的设备。

研究小组负责人戴维·艾夫林（David Aveline）说，在微重力下研究BEC打开了许多研究机会。“应用范围从广义相对论的测试、暗能量和引力波的搜索，到航天器导航，以及在月球和其他行星体上寻找地下矿物。”

编译/采写：南都记者 史明磊

图片来源：AFP

编辑：史明磊