《激光制造网》小编了解到，6月8日，来自荷兰阿姆斯特丹大学的科学家团队在《Nature》上刊发了一篇题为《Continuous Bose–Einstein condensation（连续玻色-爱因斯坦凝聚）》的研究论文。论文称，他们的实验是具有全反射腔镜的 CW 光学激光器的物质波模拟。这种原理验证演示提供了一种新的、迄今为止缺失的原子光学器件，从而能够构建连续的相干物质波器件。

“激光如此特别的原因在于它使用相干光波——激光内的所有光都完美地同步振动。而量子力学又表明，像原子这样的粒子也应该被认为是波。因此，我们可以构建包含相干物质波的原子激光器。”科学家科普道，可问题是，能否使这些物质波持续存在，以用于应用呢？他们的研究肯定地回答了这一问题。

玻色-爱因斯坦凝聚形成的原理

自然界中的基本粒子类型有两种：费米子和玻色子。费米子是像电子和夸克一样的粒子，是构成物质的基石。玻色子的性质则不同，它不像费米子那样坚硬，而是柔软的，它们可以毫无阻隔地相互穿过。玻色子最典型的例子就是光子。

但物质粒子也可以结合形成玻色子——事实上，整个原子的行为就像光粒子一样。玻色子可以同时处于完全相同的状态，也即是说，它们可以“凝聚”成一个连贯的波。当物质粒子发生这种类型的凝聚时，科学家们将产生的物质称为玻色-爱因斯坦凝聚。

而原子激光背后的概念便是所谓的玻色-爱因斯坦凝聚体，简称BEC。

产生相干物质波的实验的中心部分。新的原子（蓝色）进入中心的玻色-爱因斯坦凝聚体

实现这点并不容易，原因是很难让原子都表现得像一个整体。温度是破坏同步性的罪魁祸首——当物质升温时，组成粒子便四处乱窜，几乎不可能让它们表现得像一个整体。只有在极低的温度下（零下 273 度），才有机会形成 BEC 的相干物质波。

原子激光器的诞生为什么这么难？

大约25年前，第一个玻色-爱因斯坦凝聚体是在物理实验室中制造出来的，这开启了制造原子激光器的可能性。原子激光器是可以真正输出物质光束的设备，但只能在很短的时间内发挥作用。激光可以产生物质波脉冲，但在发出这样的脉冲之后，必须先创建一个新的BEC，然后才能发出下一个脉冲。

事实上，在科学家们制造出连续激光器之前，普通的光学激光器也被制成脉冲变体，在六个月之后，第一台连续激光器也被生产出来了。尽管光学的发展如此迅猛，但原子激光器的诞生，还是耗费了超过25年……

问题出在哪里？

问题就出在BEC非常脆弱！当光线照射它们时，它们当即被摧毁。然而，光的存在对于形成冷凝效应至关重要：要将物质冷却到百万分之一度，需要使用激光冷却其原子。因此，BEC只能短暂的爆发，无法连贯地维持。

如何创建连续玻色-爱因斯坦凝聚？

而现在，荷兰阿姆斯特丹大学的科学家团队已成功解决了创造连续玻色-爱因斯坦凝聚体的难题。

团队负责人 Florian Schreck 解释个中诀窍：“在之前的实验中，原子的逐渐冷却都是在一个地方完成的，而在我们的实验中，我们决定不随着时间的推移，而是在空间中分散冷却步骤——我们让原子在通过连续的冷却步骤时移动。最后，超冷原子到达了实验的核心，在那里它们可以用来在 BEC 中形成相干物质波。在使用这些原子的同时，新的原子已经在补充 BEC的路上。通过这种方式，我们可以让这个过程持续下去——甚至是永远持续下去。”

在解决了创建连续玻色-爱因斯坦凝聚这一关键问题后，研究人员下一个目标是：使用激光来产生稳定的输出物质束。一旦他们的激光器可以永久运行，且能产生稳定的光束，就再也没有什么能阻挡技术应用的道路了，原子激光器可能会开始在技术中发挥与普通激光器同等重要的作用。

参考文献：Chun-Chia Chen、Rodrigo González Escudero、Jirí Minár、Benjamin Pasquiou、Shayne Bennetts 和 Florian Schreck 撰写的“连续玻色-爱因斯坦凝聚”，2022 年 6 月 8 日，《Nature》。

论文网址：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04731-z