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在“磁杯”中继续冷却

查字典物理网 2012-12-29

然而，用激光方法最多也只能将原子冷却到大约一百万分之一开，还远远不到玻色—爱因斯坦凝聚所要求的温度。为此，第二步是用蒸发冷却的方法继续冷却原子。

为理解这种方法，让我们首先观察一杯热水是如何变冷的。盛放在一个茶杯中的热水是由许多水分子组成的，这些水分子的能量有大有小。因为能量大的水分子运动得快，所以它们很快就从杯子上边跑出去，变成水汽飞到空气中了。这样，随着能量大的水分子逐渐跑掉，水的温度就慢慢变冷了。假如我们也有一个盛放原子的杯子将原子囚禁在里面，那么只要有足够的时间，杯中的原子就会冷却到足够低的温度了。对玻色—爱因斯坦凝聚而言，我们所用的杯子是用磁场做的。原子被放到这个“磁杯”中进行蒸发冷却，称为磁囚禁阱。

我们知道，原子本身是有磁性的，就像一个小磁针。我们可以设计一个很强的磁场，像一口井一样将原子囚禁在里面，使它与外界隔离。这样，能量高的原子就会逐渐从井沿逃逸掉，原子就慢慢冷却了。当然，这个过程是很慢的，如果我们将井的高度降低，冷却的速度就会加快。

实际上，在进行玻色－爱因斯坦凝聚实验时，人们正是通过逐渐降低井的高度来加快冷却速度的。当然，这个速度必须很好的加以控制。因为速度太快，最终达到玻色－爱因斯坦凝聚态的原子就会太少。通过仔细控制速度，人们就可以在比较短的时间里使大多数原子达到玻色－爱因斯坦凝聚态了。

通过上述巧妙的主法，物理学家终于实现了几十年的梦想。1995年，康奈尔和维曼首先在0.000 00002k的温度下使大约2000个铷原子实现了玻色－爱因斯坦凝聚。随后，克特勒利用钠原子做了相同的实验。他设计的实验可以使更多的原子达到玻色－爱因斯坦凝聚态，因此可以对这种奇异的状态进行更深入的研究。他还利用两个“超原子”得到了非常清楚的干涉条纹，就如同两束激光相遇产生的干涉条纹一样。

他们的成功在世界范围内掀起了研究玻色－爱因斯坦凝聚的高潮。现在世界大约有30多个实验室已成功地实现了玻色－爱因斯坦凝聚，锂和钾的凝聚态在最近获得。除了碱金属以外，法国科学家还在不久前首次制造出氦原子的玻色－爱因斯坦凝聚态。在实验技术方面的进展也非常迅速。科学家最近研究出一种很小的芯片，可以在很短的时间内让原子达到玻色－爱因斯坦凝聚态。这一成果将使更多的实验室加入到这一领域的研究中。

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