1995年，研究人员证明，在极低温度下可以形成第五种物质形态——玻色-爱因斯坦凝聚态。直到最近，这种聚集态还只能借助地球上的超高真空设备生成，而且由于重力作用，其存在时间极短。然而，德国研究团队如今已成功利用一枚无人太空火箭生成并研究玻色-爱因斯坦凝聚态。
除了固态、液态和气态这些常见聚集态，物质还可以呈现其他形态。
例如，气体在高温下可以电离，形成等离子体。
1995年，研究人员证明，在极低温度下可以形成第五种物质形态——玻色-爱因斯坦凝聚态。
在量子力学中，玻色-爱因斯坦凝聚态可用于开展量子实验。例如，它可用于研究引力波或地球引力场。
然而，直到现在，这种特殊的聚集态还只能借助地球上的超高真空设备生成，而且由于重力作用，其存在时间极短。
德国研究团队如今首次成功在一枚无人太空火箭上生成并研究玻色-爱因斯坦凝聚态——他们将研究成果发表在《Nature》上。
实验时长受重力限制
两位物理学家萨特延德拉·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦最早预言了这种凝聚态会在极低温度下形成。
研究人员将原子冷却至仅高于绝对零度（0 Kelvin）百万分之一度的温度后，检测到了玻色-爱因斯坦凝聚态。
随着原子冷却，原子的运动减弱，同时粒子的波长增大。接近绝对零度时，原子几乎完全静止，各个粒子的波函数（量子力学用每个粒子各自的波函数来描述该粒子）彼此重叠。在这种状态下，系统中的所有原子都具有相同的物理性质——它们的行为就像一个原子或一个超原子。
尽管玻色-爱因斯坦凝聚态实验极具价值，但迄今为止一直难以开展：凝聚云中的原子受到重力作用，很快就会下落，实验无法继续。
为了能更长时间地研究低温凝聚云，研究人员因此使用非常高的落塔。这样可以延长实验时长。
不过，即使是很高的落塔，例如122米高的塔，也只能实现几秒钟的失重自由落体——也就是我们所说的微重力状态，”汉诺威大学的迈克·拉赫曼在《物理世界》中解释道。“而在太空中，则可以进行时间长得多、精度高得多的测量”。
为了在太空中开展玻色-爱因斯坦凝聚态实验，研究人员开发了一块由铷原子制成的芯片，并于2017年1月将其搭载MAIUS-1号太空火箭，从埃斯兰格航天中心运送升空。
进入太空后，研究人员通过激光冷却和蒸发冷却降低原子温度，直至凝聚态形成。随后，他们得以研究在不同操控方式下原子气体的表现。在火箭的加速阶段及六分钟的太空飞行期间，共进行了110项实验。
2020年和2021年还将开展更多实验，其中包括钾原子实验。德国航空航天中心（DLR）和NASA的研究人员未来将利用德国研究团队的发现，在国际空间站（ISS）上开展冷量子气体研究。
阅读原文：Business Insider Deutschland。本文最初发表于Business Insider Deutschland，译自德语。版权所有，2018年。关注Business Insider Deutschland的Twitter。
