发表凝聚态论文

近日，华人物理学家在量子物理领域取得了重大突破。来自芝加哥大学与山西大学的研究人员，首次通过 原子 玻色-爱因斯坦凝聚体产生了具有固有角动量的 分子 玻色-爱因斯坦凝聚体。在这种方法下，数千个分子 共享同一个量子态 ，步履一致地翩翩起舞。该成果突破了学界攻坚数十年的技术难题，具有巨大的基础应用价值，有科学家将其称誉为“量子工程的绘图纸”。

论文于2021年4月28日发表在nature上，通讯作者为芝加哥大学金政教授；第一单位为芝加哥大学，第二单位为山西大学；

玻色-爱因斯坦凝聚态 (Bose-Einstein Condensation,BEC)是爱因斯坦在1924年预言的一种物质形态，是一种十分神奇的物态。BEC要求在理想气体中将玻色所提出的光子量子统计规律推广到原子层面，且只发生在 全同玻色子 之中。所谓"全同"不仅指这些玻色子的内禀属性一样(如具有相同质量，相同数量的电荷等)，它还要求原子内部的能态也一样。当温度十分低、每个粒子的德布罗意波长足够长的时候，这些粒子的物质波分布会发生重叠，粒子会开始“彼此不分”。因此，处在BEC状态的原子云，其每个原子都将按照相同的方式同步运动，因此可将它们视作一个巨大的单一原子，用同一个波函数来描述其状态，这就是所谓的 共享同一量子态 。

在 历史 上，科学家们首先通过稀薄碱金属气体实现了爱因斯坦的这一推论，在原子层面制备出了BEC。但是，由于分子具有复杂的转动自由度和丰富的内部结构，制备分子BEC难度要大得多。目前制备分子BEC的思路有二：一是采用激光冷却技术冷却分子，但这需要设置比制备原子BEC时更复杂的冷却光束，而且分子更多的能级结构也带来了更多的损耗通道，因此对分子稳定性提出了较高的要求。科学家们已经沿着这一思路进行了许多巧妙的尝试。

金政教授

另一条思路是利用超冷原子配对形成超冷分子，这需要运用Feshbach共振技术。原子态和分子态通常有不同的能量，利用磁场和磁矩的相互作用可以移动它们的能级。当磁场调节到特定的强度（称为共振点）时，原子态与分子态能量相同，可以发生显著的耦合，从而使一部分原子转化为分子。

本次研究采取的是第二种思路。 研究人员首先制备了准二维的原子BEC，其温度为10纳开(仅比绝对零度高一亿分之一度)，然后令扫描磁场强度经过19.87高斯这一Feshbach共振点，在该过程中约有15%的原子形成了分子(数量约6000个)。势阱的几何形状和低温有效减少了非弹性损失，是分子BEC成功制备的关键因素之一。金政教授还设计了一些方法增加这些分子BEC的稳定性：“分子通常会向各个方向移动，如果放任不管，其稳定性就会很低。因此我们限制了分子，令其处于一个二维平面，只能朝两个方向运动。” 该研究最终首次实现了原子BEC向分子BEC的转化，这些得到的分子行动几乎完全一致，秩序井然。

分子BEC的图像

这组行动“整齐划一”的分子，令金政教授十分兴奋，他表示他在学生时代就以此作为目标。更有科学家称誉分子BEC就类似于量子工程的绘图纸，其基础应用价值不言而喻。金政教授说：“这是一个理想的起点。比如，假设你要构建存储信息的量子系统，那么在订制、记录信息之前，首先需要的是一个干净的书写平台。”

分子BEC的背景与前景

超冷原子分子物理成为物理热门已有几十年。1986年，朱棣文与William D. Phillips成功捕捉、冷却中性原子，为原子物理开启了新的纪元。这项成就与Claude Cohen-Tannoudji作出的理论贡献一起，被授予了1997年的诺贝尔物理奖。1995年，科学家将具有玻色子性质的原子进一步冷却，首次观察到了原子玻色-爱因斯坦凝聚体。这是一项里程碑式的发现，主导该实验的Eric A. Cornell、Carl E. Wieman与Wolfgang Ketterle则因此获得了2001年的诺贝尔物理奖。五年之间摘获两项诺贝尔奖，这样的成绩已足以令超冷原子分子物理在学界站稳脚跟。

几十年来，超冷原子技术已经取得了长足发展。由于冷原子体系没有杂质和缺陷的特性及其非常灵活的调控能力，过去十几年，冷原子量子模拟、量子信息等方向已经取得了巨大的成功，特别是冷原子和光晶格的完美结合，大大地加深了人们们对量子强相互作用体系的理解。物理学家甚至在空间站和火箭上产生BEC；把BEC放进光学晶格，模拟晶体的性质；用BEC模拟宇宙学现象和弯曲时空的物理。

但是，原子间的相互作用通常是很弱且短程的范德华作用，这些特性带来了一些限制, 很多凝聚态体系中非常重要的问题，目前在超冷原子体系中还很难实现。这正是一些科学家们不再满足于超冷原子，转而向分子层面的分子量子气体(Molecular quantum gases)发起挑战的原因。

相较原子，分子拥有较原子更丰富的内部能级构型，在很多领域的应用前景都非常广阔。首先，对于分子的实验研究可以扩展对于量子体系的操控和精密测量，利用其丰富的内部结构，可以检验诸如基本常数对称性和宇称标准模型的各种扩展等很基本的物理问题；再则，极性分子气体能够提供一类新的量子多体系统，它具有很强的各向异性的偶极相互作用，并且可以很容易地通过外电场来调节相互作用；第三，简并分子气体还使得研究极低温的化学反应成为可能。

概括而言，传统研究领域如光频标、量子信息、物质波干涉仪和量子简并特性等，新的研究方向如分子间的可控相互作用、电场诱导的电偶极距、手性分子光谱和超冷化学等，都是分子量子气体的用武之地。而本次研究成果无疑带有敲门砖的性质，为后续研究给予启发。我们能够看到，华人物理学家朱棣文曾经在该领域作出巨大贡献，并得到了诺奖的肯定；而今天，华人科学家再度凭借卓越智慧，为世界科学发展锦上添花。

是，是因为他之前就发表过这样的文章，然后也在物理方面非常的有成就，而且他的这些著作也获得了很多人的认可。

为他是个天才呀。很难想象会有这么优秀的人，他就是父母口中的别人家的孩子，相信他肯定也付出了很多的努力。

他的确是我们国家的骄傲。他在凝聚态物理领域的新发现引起了科学界的轰动，是一个天才一样的人物。

2014年4月1日，美国物理学会宣布了一项具有里程碑意义的政策变革：所有由猫科动物撰写的科学论文将从此免费向公众开放。

的宣布是一个笑话（那是愚人节），但启发它的猫科动物却不是。他的名字叫切斯特——科学界更为人熟知的名字是F.D.C.威拉德，可以说是继1975年薛定谔的

之后物理学界最著名的猫，切斯特/威拉德的名字与密歇根州立大学物理教授杰克·赫瑟林顿（Jack Hetherington）的名字一起出现在《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊上，发表在一篇关于氦-3同位素低温物理的有影响力的论文上。氦-3同位素是一种原子核中中子数不同的元素（本例中是氦）。赫瑟林顿是切斯特的主人，为了解决一个语法错误，他最初把这只7岁的暹罗猫的名字写在纸上。[物理学中18个最大的未解之谜]

正如一位同事在编辑草稿时指出的那样，赫瑟林顿将自己列为研究的唯一作者，然而他仍然用“我们”这个代词写了整篇论文。这位同事指出，这违反了《华尔街日报》的文体规则。赫瑟林顿的论文如果不重新打印，肯定会被拒绝。然而，

赫瑟林顿急于提交他的工作海瑟林顿在《科学中的随机游动》（CRC出版社，1982年）一书中说：“现在把论文改成客观的似乎太难了，因为它都是书面的和打字的。”因此，经过一个晚上的思考，我只要求秘书把标题页改成包括家猫的名字。

当然，切斯特的名字对赫瑟林顿的朋友和同事来说太有名了，所以需要一个别名。他认为F.D.C.威拉德-F.D.C.是菲利斯多梅斯蒂库斯·切斯特的缩写，威拉德是切斯特的汤姆猫父亲的名字。

等等，1975年11月24日，赫瑟林顿和他的猫合著的论文发表在第35期《物理评论快报》上。[猫比狗聪明吗？]

赫瑟林顿的许多同事都知道这个诡计，结果，似乎很少有人关心。密歇根州立大学物理系主任，例如，接受了猫的欺。”赫瑟林顿在一封信中写道：“主席……把威拉德列入了物理系出版的著作中，从而夸大了 *** 要求的一些统计数字。”我不确定这是否有助于或阻碍了我自己获得资助的努力。

切斯特的真实身份最终在一个学生带着一个关于论文的问题去找赫瑟林顿时被揭晓；当找不到赫瑟林顿时，这个学生要求与威拉德交谈赫瑟林顿写道：“大家都笑了，很快这只猫就从袋子里出来了。这只猫后来从科学界退休了，但它的化名却有了自己的生活。几年后，一篇关于氦-3的法国论文以一位作者的名字出现在了《拉雷切》杂志上：F.D.C.威拉德。（显然，赫瑟林顿写道，实际的研究团队无法就一份令他们满意的论文达成一致，因此他们决定将这一成果归功于美国出版最好的猫。）

截至今天，切斯特关于氦-3的论文已经被引用了50多次，一个非人类研究作者的动物园跟随着他那可怕的脚步。1978年，免疫学家、著名的“指环王”粉丝波利·马特辛格与一只名叫加拉德里尔·米尔克伍德（Galadriel Mirkwood）的阿富汗猎犬合著了一篇论文。最近，2001年，由a.K.Geim和H.a.M.S.TerTisha撰写的一篇关于陀螺仪的论文发表在《物理B：凝聚态物质》杂志上。2010年，盖姆因共同发现石墨烯而获得诺贝尔奖。Tisha是他的宠物仓鼠。

最初发表在Live Science上。

首先曹原的天赋是毋庸置疑的，并且他付出了一般人付出不了的时间在研究某一个方面。1996年，曹原出生于四川成都。在小时候他就喜欢捣鼓各种奇奇怪怪的东西。曹原在两年内就完成了他的初中和高中课程。 2010年正是他14岁时，被选如最杰出的“严济慈物理人才班”，这里的课程主要是培养学生扎实的物理基础。即使在天才青年班，曹原依然十分优秀。他经常会问一些奇怪的问题，并与教授讨论。18岁时获得了中国科学技术大学的本科学位，之后前往美国的麻省理工学院进行深造。2018年，22岁的曹原因发现石墨烯超导角度轰动国际学界，开辟了凝聚态物理研究的新领域，成为Nature杂志创刊149年来以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。2018年，曹原曾一天连发2篇Nature。2020年5月7日，他再次一天连发2篇Nature。 本次在Nature杂志上发论文已经是曹原的第五篇了。

世界上还有很多未知的领域，等待着人们去探索，但是往往普通人是发现不了这些的，一般都是科学家进行研究之后得出的结论，有时候甚至是猜想。所以要在未知的领域探索出一星半点是很难的。曹原从小开始就喜欢拆东西然后看里面的构造，甚至自己搭建了一个化学实验室，在里面做各种实验。这些都离不开他的好奇心，好奇心驱使着他学习更多的知识，当他学习到更深层次的知识就发现原来自己知道的只是冰山一角。

在普通人眼里，科研毫无疑问是枯燥的。2017年，曹原再做实验过程中偶然发现石墨烯具备非常规的超导电性，这让他很惊讶，这个发现勾起了他浓厚的兴趣。 之后的日子里，曹原为了这个“不起眼”的现象花费了不计其数个日夜，难以想象他要做多少次实验，查多少次资料。除了热爱真的找不出一个词来形容这么令人敬佩的行为。

因为Nature是非常顶尖的科研期刊，只有学术成就非常高的人才有机会在上面发表自己的文章。