如果材料持續冷卻，冷卻...直到無法再降溫，比如接近絕對零度(-273.438+06℃)。物質在如此極低的溫度下會出現什麽奇怪的狀態？
這時奇跡出現了——所有的原子似乎都變成了同壹個原子，妳我他再也無法分開了！這就是物質的第五種狀態——玻色-愛因斯坦凝聚體(以下簡稱“玻合凝聚體”)。
這個新的第五態的發現還得從1924說起。那壹年，年輕的印度物理學家玻色給愛因斯坦送去了壹篇論文，提出了壹個關於原子的新理論。在傳統理論中，人們假設壹個系統中的所有原子(或分子)都是可以區分的。我們可以把壹個原子命名為張三，另壹個命名為李四...而且我們也不會認張三為。然而玻色卻挑戰了上述假設，即我們不可能在原子尺度上區分兩個同類原子(比如兩個氧原子)。
愛因斯坦非常重視玻色的論文。他將玻色的理論應用於原子氣體，進壹步推測在常溫下，原子可以處於任何能級(能級是指原子的能量像臺階壹樣由低到高排列)，但在非常低的溫度下，大部分原子會突然降到最低能級，就像突然倒塌的建築。處於這種狀態的大量原子表現得像壹個大的超級原子。比如，訓練場上分散的士兵突然接到指揮官“前進急行軍”的命令，於是他們迅速集合起來，像士兵壹樣整齊地向前走。後來，物理學將這種物質狀態稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)，這意味著不同狀態的原子突然“凝聚”成同壹個狀態。這是全新的渤海濃縮狀態。
但渤海凝聚態的實現條件極其苛刻和矛盾:壹方面需要達到極低的溫度，另壹方面需要原子系統處於氣態。物質在極低的溫度下如何保持氣態？這真是讓無數科學家頭疼的問題。
後來物理學家使用了稀薄的金屬原子氣體，這種氣體有壹個很好的特性:不會因為制冷而變成液體，也不會高度聚集形成常規固體。實驗對象已經找到，下壹步就是創造條件，可以冷卻到足夠低的溫度。由於激光冷卻技術的發展，人們可以創造出與絕對零度相差只有十億分之壹度的低溫。此外，通過使用電磁操作的磁阱技術，可以無接觸地移動任何金屬物體。經過對這個實驗系統的不斷改進，終於在玻色-愛因斯坦凝聚理論提出71年後的1995年6月，兩位美國科學家康奈爾、魏曼和德國科學家凱特勒分別首次直接觀測到銣原子蒸氣中的玻色凝聚體。這三位科學家被授予2001諾貝爾物理學獎。從那以後，這個領域經歷了爆炸式的發展。目前國際上已有近30個研究組在稀有原子氣體中實現了渤海凝聚態。
渤海凝聚態物質有許多奇特的性質，請看以下幾個方面:
這些原子的集體步調非常壹致，所以內部沒有阻力。激光是光子的愛心凝聚，壹束微小的激光束，擠滿了許多顏色和方向相同的光子流。超導性和超流性也是渤海凝聚的結果。
渤海凝聚體的凝聚效應可以形成壹個宏觀的電子對波，按壹定方向傳播，帶電荷，形成壹個沒有電壓的宏觀電流。
原子凝聚體中的原子幾乎是不動的，可以用來設計精度更高的原子鐘，用於空間導航和精確定位。
渤海凝聚態的原子物質表現出類光子特性。正是利用這壹特性，哈佛大學的兩個研究小組在前年利用玻色-愛因斯坦凝聚體將光速降低到零並儲存起來。
渤海凝析油的研究也可以推廣到其他領域。比如原子之間的相互作用可以通過磁場來控制，可以在物質的第五態產生類似超新星爆發的現象，甚至可以用玻色-愛因斯坦凝聚來模擬黑洞。
隨著渤海凝聚態物質研究的深入，又壹次徹底技術革命的號角已經吹響。
突破第五態，創造第六態。
這是物質形態的終結嗎？還沒有。
在過去的幾年裏，波希米亞凝聚態物質只能由壹種原子形成，即玻色子，而費米子是不能形成的。什麽是費米子？什麽是玻色子？我們需要先進入基本粒子組成的原子世界。
早就知道原子是由電子和原子核組成的，原子核是由質子和中子組成的。20世紀初，物理學家發現了正電子和光子，並開始尋找更小的粒子。他們發現原子核可以分為更小的“微小的”:中微子、介子、超子、變異體等。物理學家統稱它們為“基本粒子”。早期發現的基本粒子根據遇到的“力”可以分為四類:光子、輕子、介子、重子。20世紀80年代，發現了膠子、W玻色子和Z玻色子。這些基本粒子在宇宙中的“用途”可以表述為:構成物理對象的粒子(輕子和重子)和傳遞力的粒子(光子、介子、膠子、W和Z玻色子)。在這樣的量子世界中，所有成員都有四種量子屬性:質量、能量、磁矩和自旋。
在這四個性質中，自旋的性質是最重要的，它將粒子王國劃分為兩個截然不同的類別，就像這個世界上因為性別而將人類劃分為男性和女性壹樣意義重大。粒子的自旋不像地球自轉那樣是連續的，而是壹跳壹跳地旋轉。根據自旋倍數的不同，科學家將基本粒子分為玻色子和費米子。費米子是類似電子的粒子，自旋為半整數(如1/2，3/2，5/2等。).玻色子是類光子粒子，自旋為整數(如0，1，2等。).這種自旋差異使得費米子和玻色子具有完全不同的特性。沒有兩個費米子可以有相同的量子態:它們沒有相同的特性，也不能在同壹時間處於同壹地點；玻色子也可以有同樣的特性。
基本粒子中的所有物質粒子都是費米子，費米子是物質的原料(如組成質子和中子的輕子、誇克和中微子中的電子)；傳遞力的粒子(光子、介子、膠子、W和Z玻色子)都是玻色子。
玻色子只占我們宇宙的壹半，剩下的就是費米子組成的物質世界。可惜渤海凝聚態物質只能由玻色子形成。那麽為什麽費米子不能形成渤海凝聚態呢？
意大利物理學家恩利克·費密和美國物理學家狄拉克指出，由於費米子具有半整數自旋，它們的相互作用將遵循泡利不相容原理(該規則不適用於玻色子)。這個原理指出，任何兩個費米子都不可能有相同的量子態，所以在空間排列上不可能處於相同的位置。當壹個費米子占據最低能級時，其他費米子只能依次向外排列。這個非常重要的原理排除了密排費米子的可能性，所以即使在絕對零度，這些費米子也不可能是全同凝聚的。這些細微的差別導致了這樣壹種現象，他們壹起走的時候，總是先進來，後來的人在外面排隊。
但是費米子在我們的宇宙中占據著非常重要的地位，是物質世界的基石。此外，人類長久以來所追求的高溫超導夢想，理論上仍然無法突破，人類至今無法突破上面的邊界———135℃使超導發生。作為費米子的壹種，如果我們了解了原子費米子凝聚的機制，電子費米子凝聚的秘密就徹底揭開了。而且費米凝聚體中可見的物理原子對非常相似地模擬了超導體中電子對的組成，成為了壹種可見的工具，人們不再需要從純粹的想象中去尋找超導的隱秘秘密隧道。
比夢更離奇的狂想曲
目前粒子和凝聚態物理領域的頂尖物理學家都夢想這種物質狀態就是所謂的“費米子凝聚態”。從語義上分析，費米子的物理意義是指粒子不能聚集在壹個量子基態，而凝聚態是指粒子沈積在壹個能級。這個術語本身就是壹對矛盾，但奇妙的是，現實與理論的矛盾被天才的技巧平息了。
解決這個矛盾首先來自超導的啟發。巴丁、庫珀和施裏弗(兩人都獲得了1972年諾貝爾物理學獎)提出了解釋金屬超導性的理論——BCS理論。基本思想是金屬中的電子費米子在極低溫下會成對地相互結合，這種電子對稱為庫珀對。組合成庫珀對的電子費米子表現出玻色子的特性，因此物理學家找到了制造“費米子凝聚態”的方法。他們把費米子成對變成了玻色子，兩個半整數自旋形成了壹個整數自旋，於是費米子充當了玻色子，所有的氣體突然凝聚成了艾博凝聚體。
如果電子能做到這壹點，為什麽原子不能？利用這壹理論，科學家們開始用另壹種費米子3He同位素進行實驗。後來才發現，3He的玻璃愛情凝聚態導致的超流現象:當超流液氦被小心地註入燒杯中心時，它會立即從底部沿著燒杯壁“爬”出杯口，溢出！但是這種凝結的機理非常復雜。
畢竟這是壹個成功的開始。Deborah Jean堅信這種方法可以實現她的目標。他們首次成功實現了鉀-40原子氣體的費米凝聚，這些凝聚氣體有壹個特殊的名字——簡並費米氣體。簡並費米氣體含有兩種自旋方向不同的費米子，可以用來形成原子對，成為類玻色子的二元體。這是壹種非常規意義上的量子氣態物質，也是費米凝聚的唯壹途徑。制造它們也是壹個困難的濃縮過程。當溫度降到654.38+0億分之壹k以下時，由於太強的原子作用，這些原子仍然沒有形成凝聚態。
如何說服這些信奉“終身獨立”的費米子形成庫珀對，進而形成凝聚態？他們使用了壹種神奇的磁場。在50開爾文的溫度下(距離絕對溫度只有0.00000005K)，當磁場達到壹定頻率時，超冷費米子氣體開始核磁共振振動，仿佛在壹場交誼舞中慢慢尋找自己的舞伴。此時磁場迅速抽空，外圍的不成對費米子由於失去束縛而迅速分散，帶走熱量，進壹步在中心凝聚。壹個奇妙的現象終於發生了:穿過費米氣體中心的探測光波像打在晶體上壹樣發生衍射，但氣體不會衍射光波。黛博拉·吉恩認為，壹種神奇的固體物質壹定誕生了。後來原子陣列顯微觀測發現，凝聚體中大約有50萬個鉀費米子確實形成了庫珀對對。
費米子凝聚與超導中的電子費米子凝聚不同，前者是實原子凝聚，後者是無質量的空電子凝聚。前者是可見的原子超流體，後者是金屬中的電子超流體。科學家將這種物質狀態稱為超導體和渤海冷凝物之間的中間狀態。
費米子凝聚體和超導體有什麽區別？壹是費米凝聚體中使用的原子比電子重得多，二是超導體中原子對之間的引力比電子對之間的引力強得多。在相同密度下，如果超導體中電子對的引力達到費米凝聚體中原子對的水平，就可以立即實現在室溫下制造超導體。在超冷氣體中形成的費米體為研究超導機制提供了新的材料工具，因此這壹成果有助於下壹代新型超導體的誕生。下壹代超導技術可以應用於很多領域和學科，如電力傳輸、超導磁懸浮列車、超導計算機、地球物理勘探、生物磁學、高能物理研究等。
當然，目前的技術還不能讓所有的費米子都發生費米凝聚，得到的凝聚體相當脆弱——比玻璃還脆！但這只是技術問題。