玻色-爱因斯坦凝聚是原子在冷却到绝对零度附近时所呈现出的一种气态的、超流性的物态。1995年科罗拉多data/attachment/portal/201111/06/093341ixcbucsbdbyooey6.jpg大学鲍尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170纳开尔文的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。
目录
理论
发现
降低光速
简介
奇特的性质
发现史
参考资料
理论
所有原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝
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玻色-爱因斯坦凝聚态
聚。1920年代玻色和阿尔伯特·爱因斯坦在玻色的关于光子的统计力学的研究的基础上对这个状态做了预言。2005年7月22日乌得勒支大学的学生罗迪·玻因克在保罗·埃仑费斯特的个人挡案中发现了1924年12月爱因斯坦手写的原文的草稿。玻色和爱因斯坦的研究的结果是遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色气体。玻色-爱因斯坦统计是描写玻色子的统计分布的理论。玻色子，其中包括光子和氦-4之类的原子，可以分享同一量子态。爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会“落入”（“凝聚”）到能量最低的可能量子态中，导致一种全新的相态。
一个单纯的三维的气体的临界温度为（气体处在的外部势能是恒定的）：
T_c=left(frac{n}{zeta(3/2)}right)^{2/3}frac{2pih^2}{mk_B}
其中：
T_c临界温度
n粒子密度
m每个玻色子的质量
h普朗克常数
k_B玻尔兹曼常数
zeta黎曼ζ函数：zeta(3/2)≈2.6124.
发现
1938年彼得·卡比萨、约翰·艾伦和冬·麦色纳（DonMisener）发现氦-4在降温到2.2开尔文时会成为一种叫做
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玻色-爱因斯坦凝聚态
超液体的新的液体状态。超液的氦有许多非常不寻常的特征，比如它的黏度为零，其漩涡是量子化的。很快人们就认识到超液体的原因是玻色-爱因斯坦凝聚。事实上，康奈尔和威曼发现的气态的玻色-爱因斯坦凝聚呈现出许多超液体的特性。但一般氦-4不被看作是玻色-爱因斯坦凝聚，因为它是液态的，液态的原子之间的相互作用比较强，初始的玻色-爱因斯坦理论必须被强烈改变后才能用来描写超液体。
最早的“真正”的玻色-爱因斯坦凝聚是康奈尔和威曼及其助手在天体物理实验室联合研究所于1995年6月5日制造成功的。他们使用激光冷却和磁阱中的蒸发冷却将约2000个稀薄的气态的铷-87原子的温度降低到170nK后获得了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后，麻省理工学院的沃尔夫冈·凯特勒使用钠-23独立地获得了玻色-爱因斯坦凝聚。凯特勒的凝聚较康奈尔和威曼的含有约100倍的原子，这样他可以用他的凝聚获得一些非常重要的结果，比如他可以观测两个不同凝聚之间的量子衍射。2001年康奈尔、威曼和凯特勒为他们的研究结果共享诺贝尔物理奖。
康奈尔、威曼和凯特勒的结果引起了许多试验项目。比如2003年11月因施布鲁克大学的鲁道尔夫·格里姆、科罗拉多大学鲍尔德分校的德波拉?金和凯特勒制造了第一个分子构成的玻色-爱因斯坦凝聚。
与一般人们遇到的其它相态相比玻色-爱因斯坦凝聚非常不稳定。与外界世界的极其微小的相互作用足以使它们加热到超出临界温度，分解为单一原子的状态。因此在近时内不太可能为它们找到什么实际应用。
降低光速
虽然玻色-爱因斯坦凝聚很难理解也很难制作，但它们也有许多非常有趣的特性。比如它们可以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骤降，甚至降到数米每秒。
自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型，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。
简介
这个新的第五态的发现还得从1924年说起，那一年，年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文，提出了一
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玻色-爱因斯坦凝聚态
种关于原子的新的理论，在传统理论中，人们假定一个体系中所有的原子（或分子）都是可以辨别的，我们可以给一个原子取名张三，另一个取名李四……，并且不会将张三认成李四，也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定，认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子（如两个氧原子）有什么不同。
玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视，他将玻色的理论用于原子气体中，进而推测，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级（能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列），但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方，练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”，于是他们迅速集合起来，像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC），它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。
然而，实现玻爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾：一方面需要达到极低的温度，另一方面还需要原子体系处于气态。极低温下的物质如何能保持气态呢？这实在令无数科学家头疼不已。
后来物理学家使用稀薄的金属原子气体，金属原子气体有一个很好的特性：不会因制冷出现液态，更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象找到了，下一步就是创造出可以冷却到足够低温度的条件。由于激光冷却技术的发展，人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温。并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进，终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月，两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。此后，这个领域经历着爆发性的发展，目前世界上己有近30个研究组在稀薄原子气中实现了玻爱凝聚态。
奇特的性质
玻爱凝聚态有很多奇特的性质，请看以下几个方面：
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玻色-爱因斯坦凝聚态
这些原子组成的集体步调非常一致，因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚，在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。
玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波，这种波带电，传播中形成一束宏观电流而无需电压。
原子凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。
玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性，前年哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零，将光储存了起来。
玻爱凝聚态的研究也可以延伸到其他领域，例如，利用磁场调控原子之间的相互作用，可以在物质第五态中产生类似于超新星爆发的现象，甚至还可以用玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟黑洞。
发现史
1924年印度物理学家玻色提出以不可分辨的n个全同粒子的新观念，使得每个光子的能量满足爱因斯坦的光量子假
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玻色
设，也满足波尔兹曼的最大机率分布统计假设，这个光子理想气体的观点可以说是彻底解决了普朗克黑体辐射的半经验公式的问题。可能是当初玻色的论文因没有新结果，遭到退稿的命运。他随后将论文寄给爱因斯坦，爱因斯坦意识到玻色工作的重要性，立即着手这一问题的研究，并于1924和1925年发表两篇文章，将玻色对光子(粒子数不守恒)的统计方法推广到原子(粒子数守恒)，预言当这类原子的温度足够低时，会有相变—新的物质状态产生，所有的原子会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，这就是我们所说的玻色-爱因斯坦凝聚。
1938:Landau提出液氦(He4)超流本质上是量子统计现象，是BEC的反映,并计算出临界温度为3.2K。从此BEC开始受到重视。从那时起,物理学家都希望能在实验上观察到这种物理现象,但由于找不到合适的实验体系和实验技术的限制,玻色-爱因斯坦凝聚的早期实验研究进展缓慢。
20世纪90年代以年来,由于大家所熟知的三位物理学家（Chu（朱棣文）,Cohen,Phillips)的杰出工作，激光冷却与囚禁中性原子技术得到了极大发展，为玻色-爱因斯坦凝聚奇迹的实现提供了条件。
1995年实验观察气相原子的玻色-爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了!第一批实现BEC的几个研究小组分别来自美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA)、美国莱斯大学（Bradley小组）、麻省理工学院(MIT)（Davis等人）这三个实验宣告了实验观察玻色-爱因斯坦凝聚的实现,在物理界引起了强烈反响,是玻色-爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑.
此后，有关BEC的研究迅速发展，观察到了一系列新的现象。如BEC中的相干性、约瑟夫森效应、蜗旋、超冷费米原子气体。其中许多是当年爱因斯坦和玻色未曾想象过的，BEC招致了诸多领域现代物理学家的关注。
参考资料
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