科学家改写最低温度 有利于芯片技术研究

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日前，在麻省理工学院，一个由德国、美国、奥地利等国科学家组成的国际科研小组改写了人类创造的最低温度纪录。他们在实验室内达到了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度，而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。该研究结果发表在2003年9月12日版的《科学》杂志上。
    开尔文是热力学温度单位，简称“开”，1开相当于1摄氏度，1纳开等于十亿分之一开尔文。0开即绝对零度，是温度的极限，相当于零下273.15摄氏度。在室温下，原子的运动速度像喷气式飞机那么快，但在新的低温纪录下，原子每分钟的运行距离不足一英寸。而在绝对零度时，由于冷却过程将所有的粒子能量都吸收掉，所有的原子运动都将停止。
    这个科研小组在《科学》杂志上发表论文介绍说，他们利用一种被称为“磁陷阱(Trap)”的技术，在铯原子的玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)的实验过程中创造了这一纪录。BEC是物质的一种奇特状态。1924年，印度物理学家玻色对光粒子进行了这方面的理论研究，并把重要的研究结果告诉了爱因斯坦。在将玻色的理论推广到了对特定原子的研究领域后，爱因斯坦1925年预言，如果将某些原子气体冷却到足够低的温度，那么所有原子会突然以可能的最低能态凝聚，它们将会像听从口令的士兵一样，编排成步调一致的整齐行列。一团混乱的气态物质将会在顷刻之间，转换成高度有序的物质状态，物质的这一状态后被称为玻色—爱因斯坦凝聚。
    爱因斯坦的预测引起了实验物理学家的广泛兴趣。2002年，中科院上海光机所量子光学重点实验室王育竹院士等科学家历时3年，在铷原子蒸气中观察到了玻色—爱因斯坦凝聚。玻色—爱因斯坦凝聚的实现为我国的实验物理学提供了一种独一无二的新介质，也使中国成为步入世界物理学前沿领域的少数几个国家之一。
    国际研究小组的共同主持人之一大卫·普里查德介绍说，将气体冷却到极端接近绝对零度的条件对于精确测量具有重要意义。玻色—爱因斯坦凝聚态所具有的奇特性质不仅对基础研究有重要意义，而且在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有广阔的应用前景。凝聚态中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空导航和精确定位等。凝聚体可用于研制高精度的原子干涉仪，测量各种势场，测量重力场加速度和加速度的变化等。原子激光也可用于集成电路的制造，大大提高集成电路的密度，因此将提高电脑芯片的运算速度。凝聚体还被建议用于量子信息的处理，为量子计算机的研究提供另外一种选择。