科学家在太空中首度发现量子「第五态」 https://bit.ly/2BpDP3d 2020年6月11日的一项研究显示，科学家首次在太空中观察到第五种物质状态（fifth state of matter），这项空前发现有助於解决量子(quantum)世界中最棘手的难题。 玻色–爱因斯坦凝态（BEC）——大约是一个世纪前由Albert Einstein和印度数学家Satyendra Nath Bose预测可能存在的物质，在某些元素的原子冷却至接近绝对零度时而形成（0 Kelvin，73.15oC ）。 当接近绝对零度时，原子成为具有量子特性的单实体，其中每个粒子以物质波（wave of matter）运作。 玻色–爱因斯坦凝态(BECs)横跨了两个世界，由重力等力量控制的宏观世界以及由量子力学支配的微观平面世界。 科学家认为，玻色–爱因斯坦凝态蕴含着诸如暗能量（dark energy）等神秘现象的重要线索，被认为是宇宙加速膨胀背後的未知能量。但是，玻色–爱因斯坦凝态是非常脆弱的。与外部世界最轻微的互动都足以使之超过其凝结低限门槛（condensation threshold）。 这使得科学家们几乎不可能在地球上进行研究，因为地心引力会干扰将BEC固定在观察时所需的磁场。 2020年6月11日一组NASA的科学家团队在国际太空站（适合不受地球限制来操纵粒子），揭露了第一批BEC实验的结果。加州理工学院的Robert Thompson表示：「微重力（Microgravity）环境下，允许使用微弱力量去操控原子，而不必担心原子对抗重力。」这项发表在Nature期刊，记录了地球上和国际太空站上的BEC，两者之间的惊人差异性。 地球实验室中的BEC通常在消散前仅能持续几毫秒。 国际太空站上的BEC则持续了超过一秒钟，这也提供了团队研究其特性的绝佳机会。 微重力使原子得以透过较弱的磁场进行操纵，从而加快了其冷却速度并使成像更清晰。 创造第五种物质状态，尤其是在太空站的物理范围内，绝非易事。 首先，以雷射将玻色子（boson，即质子数和电子束相当的原子）冷却至绝对零度以固定其位置。原子移动的速度越慢，玻色子则越能达到冷却效果。 当玻色子散失热能时，科学家会引入磁场以阻止它们移动，且每个粒子的波都会扩展。此时，将许多玻色子塞入一个微观「陷阱」，使其波重叠成为单物质波，这种特性又称为量子简并（quantum degeneracy）。 然而，当磁阱（magnetic trap）被释放以便科学家研究凝液时，原子开始互相排斥，导致云层飞散且BEC变得太稀薄而无法侦测。 Thompson研究团队发现，国际太空站上的微重力使他们能够比在地球更浅的陷阱中从铷（rubidium，一种相似於钾的软金属）建立BEC。这也是为何可延长凝液消散前的研究时间。更重要的是，观察到原子完全不受外力约束（也不受干扰地）漂浮着。 先前的研究试图模拟失重对BEC的影响，包含使用了自由落体的飞机、火箭甚至是从不同高度掉落的器械物体。这也开启研究微重力下的BEC之应用机会。应用范围十分广泛，从广义相对论（general relativity）的测试、寻找暗能量和重力波，到太空船导航，以及在月球和其他行星体上寻找地下矿物。 - 心得： 太空中没有地心引力的特性，成为科学家研究BEC的绝佳机会，如果研究成功，可以应用到更多的理论之上。 --

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