科普:一种超出一般人认知的极端物质?

玻色-爱因斯坦凝聚态

一种特殊的物质状态。

如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去,接近绝对零度(-273.15℃)时,在这样的极低温下,所有的原子似乎都变成了同一个原子,再也分不出你我他了!(下面作解释)。这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态。

科普:一种超出一般人认知的极端物质?

NASA创造出超低温玻色-爱因斯坦凝聚态

原子气体在低温时容易形成液体,利用碱性原子铷87Rb 和钠23Na可以避免液体的形成。两种原子都具有整数的自旋量子数和弱的排斥力,实验中原子的速度只有几个毫米/秒,这对应的温度为100 nK(1 nK =10的-9次方K)。所以可以用激光冷却的办法来形成极低的温度。

因为铷原子本来就是全同粒子,本身是不可区分的,降低温度可以让几乎所有原子都处于相同的运动状态,所以可以让所有原子看起来变成同一个原子一样,分不出来原来的彼此。

下面的图就是用了铷原子的实验结果。

科普:一种超出一般人认知的极端物质?

这幅图像显示的是铷原子速度的分布,它证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。

图中的颜色显示多少原子处于这个速度上。

红色表示只有少数原子的速度是该速度。

白色表示许多原子是这个速度。

最低速度显示白色或浅蓝色。

左图:玻色-爱因斯坦凝聚出现前。

中图:玻色-爱因斯坦凝聚刚刚出现。

右图:几乎所有剩余的原子处于玻色-爱因斯坦凝聚状态。

这种波色-爱因斯坦凝聚可以降低光速,甚至可以降低到几米每秒!用来“冻结”光!

另外:

玻色-爱因斯坦凝聚有异常高的光学密度差。一般来说凝聚的折射系数是非常小的因为它的密度比平常的固体要小得多。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态,使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会突然下降,甚至降到几米每秒。

科普:一种超出一般人认知的极端物质?

关于降低光速的原理,严格来讲不是降低光速,光在介质里传播时,光的速度应当为c/n,其中n是介质折射率,而在玻色-爱因斯坦凝聚中的n可以变得很大。

科普:一种超出一般人认知的极端物质?

而自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型,模拟黑洞,入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光,这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。


分享到:


相關文章: