玻色-愛因史坦凝聚態（BEC）是物質的五種主要
狀態
之一。
在其中，原子的能量如此之低，以至於量子力學的規則要求它們不再作為單個原子起作用，而是表現得像一個單一的「超級原子」。
玻色-愛因史坦凝聚體只有在材料冷卻到 絕對零 度以內時才會形成。 在那個溫度下，原子幾乎不會相對移動; 他們幾乎沒有自由能量來這樣做。 然後原子開始聚集在一起，並進入相同的能量狀態。 從物理的角度來看，它們變得相同，整個群體開始表現得好像它是一個單一的原子。
瓦斯 、 液體 、 固體 和 電漿 已經研究了幾十年，甚至幾個世紀，但玻色-愛因史坦凝聚態直到 1990 年代才在實驗室中產生。 要制造玻色-愛因史坦凝聚體，首先要從一團彌漫瓦斯開始。 許多實驗都是從 銣 原子開始的。 然後你用雷射冷卻它，使用光束從原子中帶走能量。 之後，為了進一步冷卻它們，科學家們使用蒸發冷卻。
「使用[玻色 - 愛因史坦凝聚體]，你從無序狀態開始，動能大於勢能，」水牛城大學物理學教授Xueedong 胡告訴Live Science。 「你把它冷卻下來，但它不會像固體那樣形成晶格。
相反，原子落入相同的量子態，無法彼此區分。 在這一點上，原子開始服從所謂的玻色-愛因史坦統計，這通常套用於你無法區分的粒子，如光子或光包。
理論與發現
玻色-愛因史坦凝聚體最早是在 1920 年代由印度物理學家 Satyendra Nath Bose（1894-1974 年）在理論上預測的，他還發現了以他命名的亞原子粒子玻色子。 根據 美國物理學會 的說法，玻色正在研究量子力學中的統計問題，並將他與光子有關的想法發送給 了艾伯特·愛因史坦 .
愛因史坦認為它們足夠重要，以至於可以發表它們。 同樣重要的是，愛因史坦發現玻色的數學——後來被稱為玻色-愛因史坦統計——可以套用於原子和光。 據APS報道，兩人於1924年發表了一系列論文，闡述了這種奇怪物質形式的細節。
兩人發現，通常情況下，原子必須具有一定的能量——事實上，量子力學的基本原理之一是原子或其他亞原子粒子的能量不能是任意的。 例如，這就是為什麽電子具有它們必須占據的離散「軌域」，以及為什麽當它們從一個軌域或能階下降到另一個軌域或能階時，它們會發出特定波長的光子。 但是將原子冷卻到絕對零度的十億分之一度以內，一些原子開始落入相同的能階，變得無法區分。 這就是為什麽玻色-愛因史坦凝聚體中的原子表現得像「超級原子」。 當人們試圖測量它們的位置時，人們看到的不是離散的原子，而是模糊的球。
其他物質狀態都遵循包立不相容原理，該原理以物理學家沃夫岡·包立的名字命名。 包立（1900-1958）是奧地利出生的瑞士和美國理論物理學家，也是量子物理學的先驅之一。 他的原理表明，費米子——構成物質的誇克和輕子等粒子——不能處於相同的量子態。 這就是為什麽當兩個電子在同一軌域上時，它們的自旋必須相反，因此它們加起來為零。 反過來，這也是為什麽化學以這種方式工作的原因之一，也是為什麽原子不能同時占據同一空間的原因之一。 玻色-愛因史坦凝聚體打破了這一規則。
盡管玻色和愛因史坦的工作預測了這種物質狀態應該存在，但直到 1995 年，由科羅拉多州博德聯合實驗室天體物理研究所 （JILA） 的 Eric A. Cornell 和 Carl E. Wieman 領導的團隊 才設法制造出一種銣原子 ，麻省理工學院的 Wolfgang Ketterle 及其同事 制造了一種鈉原子 ， 我們對它們的存在進行了實驗確認。 三人因這項工作分享了2001年 諾貝爾物理學獎 。
2018年7月，國際太空站上的一項實驗將一團銣原子冷卻到絕對零度以上的千萬分之一度， 在太空中產生了玻色-愛因史坦凝聚體 。 他們在 2020 年重復了國際太空站上 BEC 的演示，該實驗現在還保持著我們所知道的太空中最冷物體的記錄，盡管它還不是人類創造的最冷的東西。
2023 年，芝加哥大學的科學家創造了第一個 BEC，展示了一種奇怪的現象，稱為 量子超化學 。 在這種奇怪的量子現象中，BEC中的單個原子同時發生化學反應。 在實驗中，科學家們令人信服地表明，成千上萬的 銫原子同時結合形成銫分子 ，然後幾乎瞬間轉化為銫原子。
