德实现光子玻色—爱因斯坦凝聚

本报讯（记者刘霞）据美国物理学家组织网（北京时间）报道，德国科学家在11月24日出版的《自然》杂志上报告称，他们成功让光子形成“玻色—爱因斯坦凝聚”，创造出一种全新的光源。新方法可让科学家设计出新型紫外或X射线激光器，从而制备出功能更强的计算机芯片。
　　玻色—爱因斯坦凝聚是物质的一种奇特状态，处于这种状态的大量原子行为会像单个粒子一样。此前，玻色—爱因斯坦凝聚已在几个物理体系中被观测到，但科学家认为它不可能出现在光子中。这是因为当光子被冷却到某一点上，它将不再辐射出可见光范围内的光，而仅仅发射出不可见的红外线光子，同时其辐射密度会下降，温度越低，光子的数量越少，科学家很难得到玻色—爱因斯坦凝聚出现所需要的冷却光子的数量。

　　波恩大学的科学家让一束光线在两面高度反光的镜子间来回跳跃，并在两个反射镜面之间放置冷却的色素分子溶液。光子会周期性地同这些色素分子发生碰撞，在碰撞中，分子先“吞下”光子接着又“吐出”它们。参与研究的科学家马丁·威茨解释说，在这个过程中，光子表现出溶液的温度，并且整个过程没有光子损失。接着，研究人员通过激光激活色素溶液，增加了两面镜子之间光子的数量。这使科学家能够将冷却的光子紧密地聚集在一起，使它们形成一个“超级光子”。

　　这种光子玻色—爱因斯坦凝聚是一种全新的光源，其有些特征同激光相似。但与激光相比，它们也有自身的优势。简·卡拉斯表示，目前还没有能够发射出极短波长光（比如在紫外线或X射线范围内）的激光器，而使用光子玻色—爱因斯坦凝聚应该可以做到。

　　芯片产业或许也会因此受益。芯片制造商一般使用激光将逻辑电路制成半导体材料，所得半导体结构的精准度由激光波长和其他因素限定，长波激光不如短波激光适合精准性要求高的工作。而X射线的波长比可见光更短，从原理上来讲，X射线激光器应该允许制造商在同样的硅材料表面应用更复杂的电路，这将使他们制备出新一代高性能的芯片并最终研制出功能更强大的计算机。这个过程也可应用于光谱学或光伏电池等领域。

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　　1924年由玻色提出并被爱因斯坦肯定和完善的玻爱凝聚，指的是在接近绝对零度条件下所有原子整齐划一的情形。然而，早期的相关研究步履维艰。直到上世纪90年代，激光冷却和囚禁中性原子技术的突破才使玻爱凝聚成为现实。此后，世界各国的数十家实验室相继实现了多种元素的玻爱凝聚。可以说，“物质第五态”已经开始进入实际应用的快车道。光子的玻爱凝聚今天便极大地拓展了我们在芯片制造、精密测量和纳米技术等领域的想像空间。