量子力學這個詞，大家應該從電影中聽說過，細微的粒子在微觀世界中的行為其實是依從量子的原理，與我們在日常生活中熟知的物料移動規律大不相同。這也代表，善用物料粒子之間的量子原理，可以發掘出新狀態的物料。今次就跟各位分享一下，近日科學家利用化學分子，在低溫環境下開發出的新的物料狀態。

低溫環境下的全新物料狀態

這個狀態其實我們並不完全陌生，早在1920年代，印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色與阿爾伯特·愛因斯坦就已預測這種新的物料狀態存在的可能性，玻色認為有些粒子可以共存於同一種狀態之下（這些粒子稱為玻色子），所以當面臨低溫的環境，玻色子沒有太高的能量時，就會共處於同一個能量最低的狀態，以致所有玻色子表現得「同心一致」、一起行動，進入名為玻色—愛因斯坦凝聚體（Bose-Einstein condensate）的狀態。一些物料的超導電特性，就是因為玻色—愛因斯坦凝聚體的出現。

到了1995年，三位科學家將銣—87降溫至絕對零度以上約0.0000001度，成功達到了玻色—愛因斯坦凝聚體的狀態，相關的科學家因而在2001年獲頒予諾貝爾物理學獎。不過，銣原子之間不太會互相影響，宛如獨立的個體，這不禁讓科學家們好奇：可否將相互影響的粒子，帶進玻色—愛因斯坦凝聚體的狀態？

由鈉和銫兩種元素組成的分子，正好就可以在較遠的距離內相互影響。這類物料被稱為極性分子，其內裏的電荷分布並不平均，因此每一個分子就好像一枚磁鐵，當分子的同極靠在一起就會互相排斥，而不同的極在附近時就可以相互吸引。

不過對玻色—愛因斯坦凝聚體來說，這些極性分子可能是太「活躍」了：這些分子很容易結合成更巨型的粒子，再慢慢離開系統，所以不能穩定地維持凝聚體的狀態。

近日的研究就利用了微波來解決這個問題，微波爐裏的微波其實也是電磁波的一種，能夠影響帶電粒子的活動，有科研團隊運用兩組不同的微波，減弱極性分子之間的吸引力，制止它們結合成更大的粒子，令它們穩定地進入玻色—愛因斯坦凝聚體的狀態。

科研人員先將鈉原子和銫原子放在一起，讓它們組合成分子，再啟動微波去限制它們的活動，並將它們降溫到絕對零度以上0.000000006度，所製造出的玻色—愛因斯坦凝聚體共有200個分子，能達到每立方厘米中有一萬億個分子的密度。這樣的密度在玻色—愛因斯坦凝聚體中不算高，但卻是相互之間有影響的粒子進入這個狀態的一個重要案例。

小結

今次介紹了量子力學領域的研究進程，看似只是把兩種原子放在一起，卻是累積了科學家們數十年努力才得到的突破。相互影響的粒子也可以進入玻色—愛因斯坦凝聚體的狀態，雖然現在這些粒子之間的相互作用相對較弱，但已為這方面的科學研究開啟了一條新的路徑。以後我們可以繼續研究如何藉此製造出新的物料，或進一步加強粒子之間的相互影響。

◆杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。