物質有三種常見的形态：固體、液體和氣體。除此之外，科學家還認識到一種在極高溫度下出現的第四種形态，叫做等離子體。
這幅圖像顯示的是铷原子速度的分布，它證明了玻色-愛因斯坦凝聚的存在。圖中的顔色顯示多少原子處于這個速度上。紅色表示隻有少數原子的速度是該速度。白色表示許多原子是這個速度。最低速度顯示白色或淺藍色。
而第五種物質形态，叫做玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC），它是在接近絕對零度（-273.15°C或-459.67°F）的極低溫度下出現的。在這樣的溫度下，原子失去了各自的特征，開始表現得像一個整體。
印度實體學家薩蒂亞·納特·玻色
這種獨特的物質形态最早由阿爾伯特·愛因斯坦和印度實體學家薩蒂亞·納特·玻色在20世紀初提出理論。然而，直到1995年，科學家才能夠在實驗室環境中創造出第一個BEC。
而根據最近《自然》上的一篇論文，科學家成功地創造了第五種物質形态，并維持了驚人的六分鐘。
這一重大成就有可能革新我們對量子力學的了解，并為新的技術進步打開大門。在本文中，我們将探讨這一成就的意義，BEC的本質，以及這一新發現的潛在應用。
了解玻色-愛因斯坦凝聚體
在深入了解實驗的細節之前，有必要了解什麼是玻色-愛因斯坦凝聚體。BEC是一種由玻色子組成的物質形态，玻色子是一類遵循玻色-愛因斯坦統計規律的粒子，例如光子、聲子和氦原子。
氦原子結構示意圖。圖中灰階顯示對應電子雲于1s原子軌道之機率密度函數的積分強度。而原子核僅為示意，質子以粉紅色、中子以紫色表示。事實上，原子核（與其中之核子的波函數）也是球型對稱的。 （對于更複雜的原子核則非如此）
當玻色子被冷卻到足夠低的溫度時，它們會聚集在一個量子态中，形成一個具有相幹性和超流性的巨型波函數。這意味着BEC中的所有原子都具有相同的能量、動量和自旋，并且可以無阻礙地流動。BEC可以被視為一個巨型原子或一個巨型量子波。
實驗成果：延長BEC的存在時間
以前，科學家們一直難以保持BEC的穩定性，通常隻能維持幾秒鐘。在這次實驗過程中，研究人員使用了磁場和雷射冷卻技術的組合，将铷原子冷卻到極低溫度，僅比絕對零度高出幾十億分之一度。
铷是原子序數為37的化學元素，符号為Rb。它是元素周期表第一組的一部分，更具體地說是堿金屬。其化學性質接近鉀。在地球和其他大地體中，它通常被發現是相同礦物中鉀的替代品。
六分鐘的延長時間讓科學家們能夠比以往更詳細地研究BEC的性質和行為。這一成就不僅擴充了我們對這種難以捉摸的物質形态的了解，也展示了進一步研究和實際應用的潛力。
潛在應用和未來研究
成功地創造出一個穩定的玻色-愛因斯坦凝聚體，并維持較長時間，可以對各種科學和技術領域産生深遠的影響。一些潛在的應用包括：
- 量子計算：BEC可以用來開發量子計算機的元件，量子計算機有潛力以遠超傳統計算機的速度執行複雜的計算。
- 超導體：研究BEC可以促進更高效的超導體的發展，超導體可以在沒有任何阻力的情況下傳導電流。這可以顯著改善電力傳輸和電子裝置。
- 精密傳感器：BEC的獨特性質使它們非常适合用來制造高靈敏度的傳感器，它們可以用于導航、地球實體和環境監測等領域。
大型量子計算機可以廣泛破解使用的加密方案并幫助實體學家進行實體模拟；然而，目前的技術水準在很大程度上仍處于試驗且不切實際的階段。
此外，研究BEC也可以幫助我們探索一些基本的實體問題，例如引力、暗物質和暗能量等。BEC也可以模拟一些天文現象，例如黑洞、中子星和早期宇宙等。
總之，這是一個具有曆史意義的成就。這一成就不僅增進了我們對量子力學的認識，也為未來的科技創新提供了可能性。我們期待着更多關于BEC的實驗和發現，以及它們對人類社會的影響。