奥地利和美国的两个研究小组,利用费米子而不是玻色子分别得到了玻色-爱因斯坦凝聚态物质。这项有可能开创一个全新的研究时代,帮助科学家更深入地了解高温超导的秘密。
费米子和玻色子的重大差异,体现在“自旋”这一量子力学特性上。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像质子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。因此,1995年物理学家将一定数量铷和钠原子冷却成玻色子时,大部分原子变成了同样的低温量子态,实际上成为单一巨大的整体原子:玻色-爱因斯坦凝聚态。但像钾-40或锂-6这样的费米子,即使在很低的温度下,每种粒子必定也有稍微不同的特性。
现在,物理学家找到了一个克服以上障碍的方法。他们将费米子成对转变成玻色子,两个半整数自旋组成一个整数自旋,费米子对就起到了玻色子的作用,所有气体突然冷凝至玻色-爱因斯坦凝聚态。奥地利英斯布瑞克大学的科学家将锂-6原子冷却,同时施加稳定磁场,促使费米子结合在一起。该研究小组首席科学家格利姆说:“这个冷却的最后阶段,使费米子达到成对状态。”
美国科罗拉多“实验室天体物理学联合研究所”采用的技术略有不同,他们将钾-40原子冷却后施加磁场,通过磁场变化让每个原子强烈吸引附近的原子,诱发它们形成成对原子,然后凝聚成玻色-爱因斯坦凝聚态。瑞彻大学物理学家休利特说:“在此之前,没有一个人看到过分子的玻色-爱因斯坦凝聚态。这是一个巨大进步,是一个真正重要的新研究方向,它可能导致超导体的研究出现不同的新方法。”
2003-11-25