据俄新社2020年6月11日报道，美国《自然》杂志上公布一项研究成果：美国加利福尼亚理工学院研制了一种可以在国际空间站获取第五种物质状态的（玻色-爱因斯坦冷凝物）的装置。

玻色-爱因斯坦冷凝物是物质的一种聚集状态，是物理学家爱因斯坦在年青的物理学家玻色1925年的研究工作基础上从量子力学规律推测的。它是在玻色子气体（质子和中子总数均相等的气体）冷却到接近绝对零的温度时形成的，该温度下的原子运动几乎停止。

1995年，科学家通过在实验室首次发现了铷原子气体的玻色-爱因斯坦冷凝状态，然而，对这种物质状态性质的研究却因地球重力而受阻。为了克服该问题，科学家在国际空间站上创建了冷原子实验室。利用太空中的微重力环境可以对物质的这种特殊状态的物理特性进行研究，这种形态是处于量子世界和物质世界之间的一种状态。玻色子在超低温环境持续处于自由落体状态，则变为具有量子性质的物质。

量子力学原理核心是波粒二象性，据此，每个粒子都可以描述为物质波。充满气体的超冷装置内，原子处于最低的能量状态，其原子云可以统一视为物质波。基于此，科学家在国际空间站建立实验室，来研究这种称为玻色子的“量子退化”性质。

玻色-爱因斯坦凝聚可以用光磁蒸发方法冷却原子云来实现，这样，原子被磁陷阱捕获，而那些具有最高动能的“热”原子才能够从射频辐射井中激发出来，其余的原子则相互碰撞，且在较低的温度下达到热平衡。此过程循环往复，直到最终形成玻色-爱因斯坦凝聚。

事实证明，玻色-爱因斯坦凝聚物特性在失重环境中和地面环境中存在着显著不同，例如，关闭磁陷阱后的原子自由扩散时间在太空大约为1秒，而在地球上却是以毫秒级计算。

这对于研究波色-爱因斯坦冷凝物非常重要，因为原子云在关闭磁场后相互碰撞而开始发生扩散，经过一定的时间，其浓度就会变得太低而无法测到凝结数据，因此，观察时间越长，则精度才会越高。

原子的扩散速度可以通过减小磁陷阱深度和陷阱内原子的密度来降低。在地球上，由于重力作用，需要使用深度陷阱来达到玻色-爱因斯坦冷凝状态，但在国际空间站，由于是微重力环境，却可以通过很多小的磁陷阱即能达到实验结果。此外，在微重力环境中，只需较小的力就能够捕获到原子，这也意味着，奇特的量子效应在低温条件下则会变得非常明显。

科学家们希望，安装在国际空间站的原子干涉仪对于研究量子气体以及其它自由落体实验或者暗能量的研究提供了新的可能性。（周生东）