北京時間5月26日消息，據(jù)國外媒體報道，在新冠病毒疫情隔離期間，英國一位物理學家在自家客廳利用量子技術(shù)遠程控制實驗室設(shè)備，制造出了第五種物質(zhì)狀態(tài)。

Amruta Gadge博士是英國蘇塞克斯大學數(shù)學與物理科學學院的物理學家，她制造的是名為“玻色-愛因斯坦凝聚”（Bose-Einstein Condensate，簡稱BEC）的物質(zhì)狀態(tài)。這是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現(xiàn)出的一種氣態(tài)的、超流性的物質(zhì)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，極低溫的原子聚集在一起，表現(xiàn)得如同一個單一的實體。

▲ Amruta Gadge博士的家距離蘇塞克斯大學的實驗室約3公里，目前她只能居家工作，可以在她的屏幕上看到玻色-愛因斯坦凝聚的圖像

在疫情隔離期間，Gadge博士只能在離實驗室約三公里外的自家起居室里工作，但她還是用電腦控制激光和無線電波，創(chuàng)造出了玻色-愛因斯坦凝聚。劍橋大學量子系的研究人員認為，這是第一次有人通過遠程操作，在之前從未制造過玻色-愛因斯坦凝聚的實驗室里制造出了這種物質(zhì)狀態(tài)。

這一成就或許能為使用計算機遠程操作量子技術(shù)提供啟發(fā)，比如在太空或水下等難以接近的環(huán)境中。利用量子物理中鬼魅般的超距效應(yīng)，量子技術(shù)可以極大地加快信息處理的速度，從而開發(fā)出地球上最強大的計算機。

“我們都非常興奮，因為我們可以在隔離期間，以及未來任何可能的隔離情況下，采用遠程方式繼續(xù)進行實驗，”蘇塞克斯大學實驗物理學教授彼得·克魯格（Peter Kruger）說，“增強遠程實驗室控制的能力，對于研究在太空、地下、潛艇以及極端天氣下難以接近的環(huán)境中操作量子技術(shù)而言，有著重大意義。”

玻色-愛因斯坦凝聚是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)（當氣體中的原子電離時產(chǎn)生的）之后的第五種物質(zhì)狀態(tài)。20世紀20年代中期，阿爾伯特·愛因斯坦和印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色（Satyendra Nath Bose）預(yù)言，量子力學可以迫使大量粒子表現(xiàn)出單個粒子的行為，這開啟了對所謂“第五物質(zhì)”的研究。

▲ 這張圖像證實了玻色-愛因斯坦凝聚的成功制造。從左到右可以看到，當原子冷卻到接近絕對零度時，其行為就像一個單一實體

然而，直到1995年6月，科學家們通過在170nK（1.7×10^-7K）的低溫下冷卻由大約2000個銣-87原子組成的稀薄氣體，才制造出了世界上第一個玻色-愛因斯坦凝聚。

玻色-愛因斯坦凝聚通常是一團由成千上萬個銣原子組成的云，這些氣態(tài)原子冷卻至接近絕對零度，即原子停止運動的溫度。然而，就在絕對零度之上，原子具有一種不同尋常的性質(zhì)，它們會結(jié)合成一個單一的量子物體，也就是幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態(tài)，形成一個宏觀的量子狀態(tài)，并可以感知非常弱的磁場。

蘇塞克斯大學的量子系統(tǒng)與設(shè)備研究小組就在布萊頓郊外進行實驗，目的是用玻色-愛因斯坦凝聚作為磁傳感器。“我們使用多個精心定時的激光和無線電波冷卻步驟，在超低溫條件下制備出銣原子氣體，”克魯格教授說，“這需要用計算機對激光、磁鐵和微芯片中的電流進行精確控制，同時也需要對實驗室的環(huán)境條件進行警覺的監(jiān)控，因為沒有人能夠親自到現(xiàn)場進行檢查。”

▲Gadge博士在大學量子實驗室設(shè)置了控制原子的激光器，之后實驗室就因新冠疫情關(guān)閉

就在隔離措施規(guī)定可以居家工作的人應(yīng)該待在家里之前，研究人員設(shè)置了一個二維磁光阱，這是一套看起來很奇怪的金屬裝置，利用激光和磁鐵來產(chǎn)生捕獲的原子。Gadge博士通過遠程訪問實驗室的計算機，在家中運行序列，從而進行復(fù)雜的計算。

“研究小組一直在觀察隔離和在家工作的情況，因此我們已經(jīng)有好幾個星期無法進入實驗室了，”Gadge博士說，“過程要比我在實驗室的時候慢得多，因為這個實驗不穩(wěn)定，每次運行之間我都需要10到15分鐘的冷卻時間。”

“這顯然沒有手動操作的效率高，而且也更加費力，因為我無法像在實驗室工作那樣進行系統(tǒng)掃描或修復(fù)不穩(wěn)定性，”她補充道，“但我們決心繼續(xù)研究，我們也一直在探索遠程進行實驗的新方法。”

被捕獲的低溫量子氣體在受控狀態(tài)下，可以創(chuàng)建極其精確的傳感器，用于探測和研究新的材料、幾何形狀和設(shè)備。目前研究小組正在對傳感器進行進一步開發(fā)，以應(yīng)用于電動汽車電池、觸摸屏、太陽能電池以及腦成像等醫(yī)學領(lǐng)域。

▲在瑞典基律納進行的另一個實驗中，一個用來產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的原子“阱”。阿爾伯特·愛因斯坦和印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色在1924年到1925年之間就預(yù)言了玻色-愛因斯坦凝聚，但制造這種物質(zhì)狀態(tài)所需的技術(shù)直到1995年才出現(xiàn)

玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）被稱為物質(zhì)的第五態(tài)，而前四種分別是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)。這種狀態(tài)是在接近絕對零度的低溫下形成的，而且只在表現(xiàn)得像玻色子的原子中形成。

玻色子是兩種基本粒子中的一種。當玻色子原子冷卻形成凝聚態(tài)時，它們會失去自己的特性，其行為就像一個巨大的超級原子集團，有點像在激光束中變得難以分辨的光子。1995年6月5日，美國科羅拉多大學博爾德分校的埃里克·康奈爾和卡爾·威曼通過實驗制造出了第一個玻色-愛因斯坦凝聚。四個月后，麻省理工學院的沃爾夫?qū)た颂乩帐褂免c-23獨立獲得了玻色-愛因斯坦凝聚。2001年，康奈爾、威曼和克特勒分享了諾貝爾物理學獎。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的疫情隔离，女物理学家用量子技术远程制造出第五种物质状态的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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