玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）是物质的五种主要
状态
之一。
在其中，原子的能量如此之低，以至于量子力学的规则要求它们不再作为单个原子起作用，而是表现得像一个单一的「超级原子」。
玻色-爱因斯坦凝聚体只有在材料冷却到 绝对零 度以内时才会形成。 在那个温度下，原子几乎不会相对移动; 他们几乎没有自由能量来这样做。 然后原子开始聚集在一起，并进入相同的能量状态。 从物理的角度来看，它们变得相同，整个群体开始表现得好像它是一个单一的原子。
气体 、 液体 、 固体 和 等离子体 已经研究了几十年，甚至几个世纪，但玻色-爱因斯坦凝聚态直到 1990 年代才在实验室中产生。 要制造玻色-爱因斯坦凝聚体，首先要从一团弥漫气体开始。 许多实验都是从 铷 原子开始的。 然后你用激光冷却它，使用光束从原子中带走能量。 之后，为了进一步冷却它们，科学家们使用蒸发冷却。
「使用[玻色 - 爱因斯坦凝聚体]，你从无序状态开始，动能大于势能，」布法罗大学物理学教授Xueedong 胡告诉Live Science。 「你把它冷却下来，但它不会像固体那样形成晶格。
相反，原子落入相同的量子态，无法彼此区分。 在这一点上，原子开始服从所谓的玻色-爱因斯坦统计，这通常应用于你无法区分的粒子，如光子或光包。
理论与发现
玻色-爱因斯坦凝聚体最早是在 1920 年代由印度物理学家 Satyendra Nath Bose（1894-1974 年）在理论上预测的，他还发现了以他命名的亚原子粒子玻色子。 根据 美国物理学会 的说法，玻色正在研究量子力学中的统计问题，并将他与光子有关的想法发送给 了阿尔伯特·爱因斯坦 .
爱因斯坦认为它们足够重要，以至于可以发表它们。 同样重要的是，爱因斯坦发现玻色的数学——后来被称为玻色-爱因斯坦统计——可以应用于原子和光。 据APS报道，两人于1924年发表了一系列论文，阐述了这种奇怪物质形式的细节。
两人发现，通常情况下，原子必须具有一定的能量——事实上，量子力学的基本原理之一是原子或其他亚原子粒子的能量不能是任意的。 例如，这就是为什么电子具有它们必须占据的离散「轨道」，以及为什么当它们从一个轨道或能级下降到另一个轨道或能级时，它们会发出特定波长的光子。 但是将原子冷却到绝对零度的十亿分之一度以内，一些原子开始落入相同的能级，变得无法区分。 这就是为什么玻色-爱因斯坦凝聚体中的原子表现得像「超级原子」。 当人们试图测量它们的位置时，人们看到的不是离散的原子，而是模糊的球。
其他物质状态都遵循泡利不相容原理，该原理以物理学家沃尔夫冈·泡利的名字命名。 泡利（1900-1958）是奥地利出生的瑞士和美国理论物理学家，也是量子物理学的先驱之一。 他的原理表明，费米子——构成物质的夸克和轻子等粒子——不能处于相同的量子态。 这就是为什么当两个电子在同一轨道上时，它们的自旋必须相反，因此它们加起来为零。 反过来，这也是为什么化学以这种方式工作的原因之一，也是为什么原子不能同时占据同一空间的原因之一。 玻色-爱因斯坦凝聚体打破了这一规则。
尽管玻色和爱因斯坦的工作预测了这种物质状态应该存在，但直到 1995 年，由科罗拉多州博尔德联合实验室天体物理研究所 （JILA） 的 Eric A. Cornell 和 Carl E. Wieman 领导的团队 才设法制造出一种铷原子 ，麻省理工学院的 Wolfgang Ketterle 及其同事 制造了一种钠原子 ， 我们对它们的存在进行了实验确认。 三人因这项工作分享了2001年 诺贝尔物理学奖 。
2018年7月，国际空间站上的一项实验将一团铷原子冷却到绝对零度以上的千万分之一度， 在太空中产生了玻色-爱因斯坦凝聚体 。 他们在 2020 年重复了国际空间站上 BEC 的演示，该实验现在还保持着我们所知道的太空中最冷物体的记录，尽管它还不是人类创造的最冷的东西。
2023 年，芝加哥大学的科学家创造了第一个 BEC，展示了一种奇怪的现象，称为 量子超化学 。 在这种奇怪的量子现象中，BEC中的单个原子同时发生化学反应。 在实验中，科学家们令人信服地表明，成千上万的 铯原子同时结合形成铯分子 ，然后几乎瞬间转化为铯原子。
