那只是电视屏幕上一个短暂的幽灵，一天去年六月，一个模糊的影像在几秒钟内出现又消失。但 Carl Wieman 和 Eric Cornell 已经为此努力了多年——事实上，他们一直在与许多其他物理学家竞争，争夺第一个——所以对他们来说，它看起来是精致的。Wieman 回忆道：“我们最初的反应是，好得令人难以置信。”
那个模糊影像来自附近一个小瓶子里几千个原子的图像。这意味着在几秒钟内，这些原子已经凝聚成一种新的物质状态——一个被称为玻色-爱因斯坦凝聚体的、模糊的巨型粒子。在短短几秒钟内，Wieman 和 Cornell 实验室里的那个小瓶子是宇宙中存在过的最冷的地方。Wieman 说：“我们离绝对零度如此之近，以至于普遍接受的温度定义都失效了。”但他和 Cornell 将温度定在 20 纳开尔文，这比绝对零度高 360 亿分之一华氏度。
在这个温度下，物理学家们展示了原子的弥散。罪魁祸首是量子力学的不确定性原理。它说，如果你对原子的速度不确定——正如在室温下不可避免地那样，原子以每小时数百英里的速度飞来飞去——你就可以精确地知道它的位置。但如果将原子速度急剧降低——也就是说，使其变冷——那么它的速度就确定了：几乎为零。这时，原子的位置变得不确定，呈波状——这里的波是一个概率分布，反映了原子在任何特定位置的可能性。
在 Wieman 和 Cornell 瓶子所处的极端温度下，每个原子几乎都静止了。结果，每个原子都扩散开来，直到占据了与其他原子相同的区域。实际上，瓶子里的原子凝聚成了一个单一的实体，一种超粒子。七十年前，阿尔伯特·爱因斯坦在 Satyendra Nath Bose 的工作基础上，就预测了这种新的物质状态。此后，物理学家们一直梦想着创造它。
在过去六年里，Wieman、Cornell 和他们的学生一直在他们位于博尔德的实验室里追逐这个梦想，该实验室由科罗拉多大学和美国国家标准与技术研究院联合运营。他们的策略是双管齐下。首先，他们从四面八方用激光束照射瓶子，将光粒子直接撞击原子使其减速——就像你用快速发射的豌豆枪逐渐减慢迎面而来的保龄球一样。接下来，利用每个原子都是微小磁铁的特性，他们施加外部磁场使原子进一步冷却，并使其紧密地聚集在一起，以便它们能够重叠。
正确地调整磁场被证明尤其棘手。只需在瓶子中央放置一块磁铁就可以将原子限制在瓶子中央，但这很容易做到。但是，原子就会粘在磁铁上，而不是形成凝聚体。相反，Wieman 和 Cornell 必须设计一个复杂的重叠外部磁场排列来捕获他们的原子。他们借助附加的射频磁场进一步冷却了瓶子，该磁场经过调谐以与能量较高的原子发生共振。这种振荡场导致热原子翻转，反转其磁性取向，从而被排出陷阱。
然而，即使是这种巧妙的装置，起初也失败了。一些冷原子也在逃逸，留下的原子太少，无法紧密结合并融合。科学家们追溯问题的原因，发现是由于磁场中不可避免的波动导致陷阱出现薄弱点。Cornell 接着灵光一闪：为什么不像陀螺一样旋转磁场，每秒 8000 转呢？这样，薄弱点就不会停留在同一个地方足够长的时间，让冷原子从中逃脱。
6 月 5 日，团队完成了对陷阱的微调，并装入了铷原子，铷原子具有易于操作的光吸收和磁性。研究人员打开冷却激光器和磁铁两分钟；关闭激光器，但让磁铁再运行一分钟；最后也关闭了磁铁。然后，他们向瓶子闪烁了一束照明激光。这束光几乎会立即散射铷原子，但在此之前，它会允许一个原子快照显示在视频屏幕上。在测试运行中，原子群只显示为一团微弱的弥散雾。Wieman 几年前曾预测：“当我们达到玻色凝聚时，我们会突然在云的中间看到一个极其明亮、闪闪发光的球体。”6 月 5 日，他们确实看到了：瓶子中心有一个由 3000 个重叠的铷原子组成的密集、反光核心。
在接下来的几天里，Wieman 和 Cornell 一次又一次地看到了那种凝聚体。Wieman 回忆道：“我们花了几天时间紧张地检查一切。”每一次，研究人员都会在关闭冷却磁铁后，再多等待一段时间才打开激光闪光灯，计算秒数以查看凝聚体能保持多久。他们发现，他们可以将大部分凝聚体保持完整 15 秒或更长时间。他们认为，通过更多练习，他们会做得更好。
玻色-爱因斯坦凝聚体有什么用？就实际应用而言，没什么用——至少现在还没有。Wieman 认为，超静止的原子有一天可能会在新类型的原子钟或超灵敏测量设备中发挥作用。他指出，凝聚体本质上就是原子波的集合，它们落入了同步状态——就像激光一样，由处于相同状态的光波组成。但 Wieman 说，人们花了很长时间才认识到激光的潜在用途，可能也需要很长时间才能欣赏原子的类似物。
另一方面，物理学家们现在欣喜若狂。现在，他们终于可以用自己的肉眼（几乎）看到和研究原子的波动性质——这是量子力学中基本但又永远神秘的原理——凝聚体横跨了二千分之一英寸。而且，由于 Wieman 对廉价设备的痴迷，他们能够以经济的方式做到这一点。例如，Wieman 和 Cornell 使用普通 CD 播放器中常见的廉价激光器来冷却原子，而不是昂贵的工业激光器。他们的整个设备仅耗资约 50,000 美元——对于大多数大学实验室来说都是可以负担得起的。尽管物理学家花了 70 年才弄清楚如何制造玻色-爱因斯坦凝聚体，但现在它似乎几乎变得容易了。Wieman 说：“并非不可能，几年之内，这可能就成了一名本科生的毕业论文主题。”
