国际空间站的冷原子实验室( 二 ) 空旷的太空极度寒冷

值得注意的是，这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来处于不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。形象地说，这就像让无数原子“齐声歌唱” ，其行为就好像一个玻色子的放大。爱因斯坦和玻色在20世纪初就预言：将两个BEC物质叠加，它们并不会表现为类似普通气体的相互混合的特征，而是表现出波的特征—兩者会发生干涉，于是两个原子结合之后没有产生任何原子，就像两个波，波峰和波谷相遇叠加之后整个波消失一样。

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玻色-爱因斯坦凝聚体的实现
国际空间站冷原子实验室的第一个任务就是创造更低温环境来制造BEC ，然而实现BEC的条件是极为苛刻和“矛盾”的：一方面需要达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于气态。实现低温的传统手段是蒸发制冷；朱棣文、塔诺季、菲利普斯发展的激光冷却和磁阱技术，成为另一种有效的制冷方法，他们3人因此分享了1997年的诺贝尔物理学奖。1976年，科学家证明，在任意低温下处于自旋极化的氢原子始终能保持气态，则为实现第二个要求提供了希望。遗憾的是，众多的实验物理学家将自旋极化的氢原子气体降温，并未观察到BEC现象。于是美国科学家维曼和康奈尔开始将兴趣转向碱金属原子气体， 1995年，他们将铷原子限制在磁阱中进行激光冷却，首次成功地观察到原子气的BEC现象。同年，德国科学家克特勒也在钠原子气中实现了BEC 。BEC的实现不仅在基础研究方面具有重大意义，还可能在“原子芯片”和量子计算机等方面有广泛的应用前景。因此， 2001年诺贝尔物理学奖授予了维曼、康奈尔和克特勒，以表彰他们在BEC实验方面的开创性工作。
国际空间站可谓“寸土寸金” ，所以工程师不得不压缩原子物理设备的大小，将填满一个大房间的设施压缩到一个冷藏箱大小的箱子内。该设备利用激光来冷却铷原子和钾原子，使它们几乎停滞不动；然后，用磁场捕捉原子云；最后，科学家将使用其他冷却技术—包括无线电波“刀”来剥离能量最高的原子等，将原子云冷却到更接近绝对零度的温度，从而创造出BEC 。
此外，工程师还必须设计屏蔽层，以保护脆弱的BEC免受密集组件和不断变化的地球磁场的干扰。而且，实验只有在国际空间站上的成员睡觉之后才运行，以尽量减少任何活动可能造成的干扰。
物理学家们还有一个“小目标” ，那就是发射一颗专用的实验卫星来实现太空中冷原子实验。目前，空间站虽然提供了失重环境，但内部充斥着诸如泵和其他机械的震动噪声，一个更安静的卫星环境或许能让冷原子实验达到更高的精确度和灵敏度。不过，无论之后的计划多么宏大，一切的基础是科学家必须先学会如何在太空中进行原子物理研究，这也是国际空间站冷原子实验室建立的真正目的。
【国际空间站的冷原子实验室】来源：北京邮电大学出版