玻色子凝聚态和费米子凝聚态都属于量子力学的范畴。“费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。分别是气态、液态、固态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。而费米子凝聚态，是物质存在的第六态。
什么是凝聚态物理？
凝聚态物理学是目前物理学各分支学科中最大的研究领域，据说现在物理系博士生中有1/4研究的就是凝聚态物理。凝聚态物理学研究的对象和人们的日常生活可以说是最近的，比如我们现在手机电脑背后的科学基础基本上都是凝聚态物理学，但凝聚态物理这个名字又是离普通人最远的。对于普通人来说，天体物理，核物理，粒子物理，以及原子分子和激光物理都是不需要解释的，虽然普通人不懂天体物理，但天体物理是干什么的，普通人仅通过天体物理这四个字也可以猜的差不多。
但凝聚态物理，普通人看不懂，学科没有一个好名字对学科的发展是不利的，比如我在上大学的时候，系里最好的专业是晶体物理，但我觉得这个名字不如理论物理酷，于是就选了理论物理。但等真学了几年，了解多了一些，才发现其实理论物理研究的某些前沿也是和晶体结构有关系的事情（举个例子，两个单层石墨烯转一个小角度，就变成了超导体），但理论物理不做实验，不能真的把自己研究的东西做出来，至少对我来说是不太酷的。
“魔角”石墨烯被自然、物理世界等评为今年最重要的科学发现。如果没有一个好名字的话，即便对一个行业内的人来说要想对外行解释清楚也是十分困难的。比如说你问我什么是凝聚态物理，我能想到的回答就是把这个学科的发展历史给你简单列一列，这不是一句话能说清楚的。凝聚态物理的前身是固体物理，这个名字不用解释，普通人也知道物体有三态，固体物理就是研究固体的。
固体有种种物性，比如导电性不同，根据导电性的不同可分为金属，半导体和绝缘体。固体物理就是研究这些的，而研究这些的前提是必须有量子力学。因为物质是原子构成的，原子是由电子和原子核构成的。所谓固体就是一堆原子核和一堆电子，其中电子的运动又更关键一些，打个比方就是原子核是舞台，电子是舞台上的演员。研究电子必须要用量子力学。
量子力学出来后，关于金属的研究获得了很大的进步，典型的工作有玻姆和派因斯的等离激元等。更重要的是电子能带论，能带论构成了半导体物理学的基础，半导体物理是计算机的基础，而计算机是今天信息革命与信息社会的基础，凝聚态物理逐渐取代粒子物理成为物理学研究的主流和这一点关系很大。除了金属和半导体外，固体物理中典型的研究领域还有超导与磁学。
超导潜在地有很大很广阔的工业前景，并且在科学上也是很有趣的。而磁学和半导体物理一样也是信息技术的基础，因为信息的存储目前主要还是依靠磁性，同时磁性也是典型的量子现象。两次获得诺贝尔物理奖的巴丁是固体物理学的标杆性人物，他发明了晶体管，解释了常规超导体的物理机制。固体物理虽然被泡利说成是脏的（意味着要做近似，意味着说不清），但在上世纪后半叶仍然获得了很大发展。
同时在上世纪的80年代开始出现了一系列的新研究，这些新研究被当时的物理学家认为已经突破了传统固体物理学研究的范式。比如：高温超导，量子霍尔效应，碳60，超晶格，准晶等。传统的固体物理强调周期对称，在长、宽、高三个维度上的周期性堆砌构成了我们看到的固体。但现在发现打破周期性，或在一个、两个甚至三个维度上打破周期对称会发现一系列以前观察不到的新现象。
从上世纪80年代开始，物理学家就逐渐开始用凝聚态物理这个名字来概括他们越来越广阔的研究对象。与此同时由于以上研究与产业离的比较近，来自政府以及工业界的投资也越来越多。最近40年以来，凝聚态物理学的发展是很迅速的，人们可以在纳米尺度上设计很复杂的物质结构，利用各种量子效应来操控电子或自旋的状态，它既是未来量子计算的基础，也是延续经典计算摩尔定律的基础。
英特尔公司和伯克利大学最近宣布了新的基于多铁和拓扑材料的新器件，有望延续摩尔定律。摩尔定律的基础就是负责信息存储或运算的器件尺寸可以越做越小（小型化），或者完成单次信息存储或运算的能量消耗可以越来越小（节约能量）。这对应的是计算机运算的速度越来越快，或我们手机的待电时间可以越来越长。从这个角度材料物理这个名字也许更能概括这个领域的研究。
凝聚态物理主要是研究什么的？
凝聚态物理学是物理学领域，涉及物质的宏观和微观物理特性。特别是它关注的是当系统中的成分数量非常大并且成分之间的相互作用很强时出现的“浓缩”阶段。图 二阶量子相变的相图最熟悉的凝聚相的例子是固体和液体（本质来自于原子之间的电磁力作用）。凝聚态物理学家试图通过使用物理定律来理解这些阶段的行为。特别的，这些物理定律它们包括量子力学，电磁学和统计力学的定律等。
最常见的凝聚相是固体和液体，而更奇特的凝聚相包括某些材料在低温下表现出的超导相，原子晶格上的自旋的铁磁和反铁磁相，以及在超冷原子系统中发现的玻色 - 爱因斯坦凝聚。凝聚态物理的研究涉及通过实验探针测量各种材料特性以及使用理论物理方法开发有助于理解物理行为的数学模型等。可用于研究的系统和现象的多样性使凝聚态物理学成为当代物理学中最活跃的领域：三分之一的美国物理学家自我认同为凝聚态物理学家，凝聚态物理学系也是美国物理学会最大的一个部门。
该领域与化学，材料科学和纳米技术重叠，并与原子物理学和生物物理学密切相关。物理学中的各种主题，如晶体学，冶金学，弹性学，磁学等，直到20世纪40年代才被视为不同的领域，当时它们被归为固态物理学。大约在20世纪60年代，液体物理性质的研究被添加到这个列表中，形成了凝聚态物理新的相关专业的基础。相关实验实验凝聚态物理涉及使用实验探针试图发现材料的新特性。
这种探针包括电场和磁场的影响，测量响应函数，传输特性和测温。通常使用的实验方法包括光谱，用探针，例如X射线，红外光以及非弹性中子散射 ; 研究热响应，例如比热和通过热传导和热传导测量传输。冷原子气体实验光学晶格中的超冷原子捕获是凝聚态物理学。该方法涉及使用光学激光器形成干涉图案，其充当晶格，其中离子或原子可以在非常低的温度下放置。
爱因斯坦凝聚态是什么？有什么用？
原子从俘获势中释放后的密度分布。(左)热云刚过相变，(中)部分冷凝云和(右)几乎纯冷凝云。玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是一种物质状态，其中分离的原子或亚原子粒子冷却至接近绝对零（0 K，-273.15°C或-459.67°F; K =开尔文），聚结为单个量子实体-即可以用波函数描述的实体- 接近宏观。
1924年，阿尔伯特·爱因斯坦根据印度物理学家Satyendra Nath Bose的量子公式预测了这种物质。玻色-爱因斯坦凝聚物（BEC）是一种非常特殊，有趣且基本的物质，实际上是一种由原子粒子组成的气体。它同时显示出两个不同的真正量子力学特征。其中之一就是像大原子的本质一样的波，这种行为在非常低的温度下变得越来越明显。
另一个特性是，具有整数固有角动量（自旋）的粒子原则上都可以处于相同的量子态。光子，电磁辐射的量子是自旋为1的特定种类的玻色子，而其静止质量为零。Satendyra Bose通过假设普朗克定律的性质，推导出了普朗克定律，并在1924年把他的成果发给了爱因斯坦，爱因斯坦认识到这一想法的重要性，因此建议Bose发表论文。
此后不久，爱因斯坦本人于同年发现该推导可以扩展到气体，由大颗粒（不同于光子）组成的情况，并预测普通气体也可以以这种特定状态被引入，这就是为什么命名为Bose-Einstein凝聚。就像我们说过的那样，只有具有整数自旋的粒子才能形成冷凝物，为了纪念玻色，这种粒子被称为玻色子。电子和其他具有半整数自旋的粒子不会表现出这种行为，除非特定的相互作用将它们耦合为对，以便该对具有整数自旋。
尽管已经预测了数十年，但第一次原子BEC直到1995年才被制备出来，当时JILA的Eric Cornell和Carl Wieman是由美国国家标准技术研究院（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校联合运营的研究机构，冷却的铷原子气体在1.7×10 -7 ķ，高于绝对零度。与麻省理工学院（MIT）的沃尔夫冈·凯特尔（Wolfgang Ketterle）一起制备了了含钠原子的BEC的，这些研究人员还获得了2001年诺贝尔奖物理。
BEC的研究扩展了对量子物理学的理解，并导致了新的物理效应的发现。BEC理论可以追溯到1924年，当时Bose考虑了光子组的行为。光子属于两大类基本粒子或亚微观粒子之一，它们的量子自旋是非负整数（0，1，2，…）或者奇数半整数（1/2，3/2，…）。前一种称为玻色子，包括自旋为1的光子。后一种称为费米子，包括自旋为1/2的电子。
正如Bose指出的，这两类粒子的行为有所不同（请参阅 Bose-Einstein和Fermi-Dirac统计）。根据泡利（Pauli）不相容原理，费米子倾向于互相推开，因此一组中的每个电子都具有独立的量子态（由不同的量子数表示，例如电子的能量）。相反，无限数量的玻色子可以具有相同的能态并共享单个量子态。
爱因斯坦很快扩展了玻色的工作，以表明在极低的温度下具有均匀自旋的“玻色子原子”将以最低的可用能量聚结成共享的量子态。然而，直到1990年代，才达到了产生足够低的温度以检验爱因斯坦预测的必要方法。突破之一是依靠激光冷却和俘获的新技术，在该技术中，激光束的辐射压力通过降低原子的速度来冷却和定位原子。（对于这项工作，法国物理学家克劳德·科恩·坦努吉（Claude Cohen-Tannoudji）和美国物理学家史蒂文·朱（Steven Chu）和威廉·菲利普斯（William D. Phillips）共有1997年的诺贝尔物理学奖。
）第二个突破取决于对磁约束的改进，以便在没有材料容器的情况下将原子固定在适当的位置。利用这些技术，康奈尔和威曼成功地将大约2,000个单独的原子合并为一个“超原子”，“超原子”是一种足够大的，可在显微镜下观察到的冷凝物，具有独特的量子特性。正如威曼（Wieman）所描述的那样，“我们将其带到了几乎人类的规模。
我们可以刺戳它，并以前所未有的方式查看这些东西。”BEC与两个显着的低温现象有关：超流态，其中氦同位素 3 He和4 He 各自形成一种液体，其摩擦力为零；具有超导性，电子穿过零电阻的材料。4 He原子是玻色子，尽管3 He原子和电子是费米子，但如果它们与相反的自旋配对形成零净自旋的玻色子态，它们也会发生Bose 凝聚。
2003年， JILA的黛博拉·金（Deborah Jin）和她的同事们使用成对的费米子产生了第一个原子费米离子冷凝物。BEC的研究产生了新的原子和光学物理学，例如1996年展示的原子激光器Ketterle。传统的激光器发射相干光子束。它们都是完全同相的，可以聚焦成一个很小的亮点。类似地，原子激光可以产生高强度聚焦的相干原子束。
潜在的应用包括更精确的原子钟和增强的技术来制造电子芯片或集成电路。BEC最吸引人的特性是它们可以减慢光线。1998年，哈佛大学的 Lene Hau 和她的同事们将通过BEC的光从每秒3×10^8米的真空速度减慢到每秒仅17米，即每小时38英里。从那以后，Hau和其他人完全停止了光脉冲并将其存储在BEC内，随后释放了未改变的光或将其发送到第二个BEC。
尽管BEC的低温要求带来了实际困难，但这些操作有望为新型的基于光的通信，光学数据存储和量子计算带来希望。原子磁光阱光学冷却降低了原子云中原子的速度，但这仅仅是过程的初始阶段。为了达到足够低的温度，必须使用其它技巧。这可以在称为磁光阱（MOT）的设备中实现，如图所示。MOT由一对所谓的反亥姆霍兹线圈组成，电流通过它们反向传播。
图 磁光阱原理图图磁光阱的实验装置。http://en.wikipedia.org/wiki/File:MOT_setup.png蒸发冷却然而，事实证明，多普勒和磁光冷却所达到的温度仍不足以达到BEC的临界温度。因此，必须应用附加的冷却技术。该方法称为蒸发冷却。从原理上讲，这是一种通过吹液体表面来冷却一杯热咖啡的技术。
这去除了表面上方气相中最快的分子，并降低了平均动能，即剩余分子的温度。为了应用该技术，通过用激光束将冷原子推入所需方向，将冷原子从MOT转移到没有冷却激光器的纯磁阱中。在由不均匀磁场形成的阱中，它们不会像MOT中那样被激光器的反冲力保持，而是由于磁力得以保持达到其磁矩。尽管该力远小于反冲力，但由于动能很小，可以将很冷的原子捕获。
都说物质分为固态液态气态，那火苗是什么态？
物质分为三态的理论早就过时了。早在上世纪中叶，物质的第四态~等离子态，就已经被确认了。现在的物质形态至少除了固态、液态、气态、等离子态等四态，还增加了波色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态二态，这样物质就有六态了。也有人提出物质形态应该分为固态、液态、气态、等离子态、超固态、中子态等六态。我们今天不争议这个问题，只是把一些大家不熟悉的物质形态简要介绍一下。
固态、液态、气态使我们世界最常见的物质形态，大家都很熟悉了，这里就不多说了。火苗是什么？简单的说它是一种气态和等离子态的混合物。等离子态是我们宇宙存在最多的物质状态，但很多人对这个认知并不足，也不知道等离子态性质是什么，所以在这里着重讨论一下。一些人把火等同于等离子态，这是不准确的。燃烧和火焰是一种复杂的混合状态，里面既有化学反应的激发态，是气态的一种能量释放状态，也有电离现象的等离子态。
一般我们日常生活中的火焰都是化学激发态和等离子态的混合物。当火焰处于较低温度状态时，是一种化学反应的燃烧。这种燃烧的原理是原子或者分子吸收一定能量后，电子被激发到就较高能级，但尚未达到电离的状态。这种激发态就是使物质挥发出可燃气体，被激发的高能电子要回到原来的轨道就需要释放出光和热，释放后激发态又会变为普通气态，这就是火焰的一种发光形式。
这样反复过程，所以日常的火焰一般都会有明暗交替现象。在温度越来越高的状态下，被气化的原子核无法在束缚住电子，于是部分电子挣脱原子，变成了自由电子到处瞎逛，这样原来呈现中性的原子就变成了带正电的离子和带负电的电子混合物。绝大部分的火焰，都是上述两种光的混合状态。温度越高，挣脱的电子就越多，当温度达到极高时，所有的气体都被电离，变成一团等离子浆，这团等离子浆就叫等离子体。
在极高温度下，物质整体上出现电离状态，带正电的原子和带负电的电子混合在一起，形成一团团均匀的离子“浆糊”，这团“离子浆”从整体上还是正负电荷相等，依然呈现出电中性，这就是物质的第四态~等离子态。在我们生活中，一般的火焰都是这两种现象的混合物；在高温状态下，如电弧、闪电、霓虹灯等，都存在等离子体现象。但在生活中的我们看到的等离子体并不多，而在宇宙中，等离子体就占有可见宇宙的99.9%以上了。
这就是恒星。恒星内部在高温高压下，时刻进行着热核聚变反应，整个星球都是一种等离子态存在，这种存在占据了整个宇宙质量的99.9%以上。这就是物质的第四态，这种物质的第四态于上世纪中叶被科学界确认。至于物质的第五态、第六态，更是我们日常生活极少见到的了。玻色子凝聚态和费米子凝聚态都属于量子力学的范畴。量子力学认为，粒子按其高密度或者低温时集体行为的状态可分为两大类，一类是费米子，另一类是玻色子。
这两类物质在极低温度下具有明显的区别：玻色子全部集中在同一量子态上，表现为“集体主义”行为；费米子却与之相反，更多的表现为“个人主义”，各自占据不同的量子态。波色~爱因斯坦凝聚态是1920年波色和爱因斯坦两位科学家做出的一个语言，1995年被麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼，使用气态的铷原子在170 nK的低温下，首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
费米凝聚态是科学家费米的一个论断，于2004年被上述同一个科学团队所证实。这两个实验证实了物质存在这两种新的状态，与人类已知的物质四态具有完全不一样的性质。这两种物质在极端低温状态下所表现出来的性质，对人类未来芯片技术、精密测量、超导技术的发展具有非常重要的意义。那么物质分为固态、液态、气态、等离子态、超固态、中子态等六态的说法，又怎么理解呢？这个说法并非空穴来风，是因为在我们这个宇宙中存在着这两种极端的物质。
这两种物质已经不是我们一般情况下认识的物质了，也可以说在地球上是极难存在的物质。据网络一些资料介绍，在140万个大气压下，原子被压垮，不但原子间没有了空间，原子的电子也被压跑了，原子核紧密的挤在一起了，这样的物质密度达到1个乒乓球大小就有1000吨。据报道，2016年，英国爱丁堡大学一个科学团队利用砖石对顶创造出了这种极端物质，从而得到了所谓“第五状态氢”，及超固态氢。
但这个压力能够导致所谓的“超固体”，密度比白矮星还要大，时空通讯有不同看法。地球地心压力达到约300万个大气压，科学界确认为那里的物质密度却只有每平方厘米10.7克，这个问题可能是我们以后要讨论的问题，也欢迎网友们各抒己见。木星中心压力达到3亿个，也没听说谁说过有超固体的存在。科学观测认为，白矮星上的物质处于电子简并态，是一种致密物质，密度达到每立方厘米1~10吨。
我想，白矮星的形成条件远远大于地心压力，因为太阳末日才能够形成白矮星，太阳质量是地球的33万倍。所谓中子态，顾名思义就是整个物质由中子组成。这种物质需要在超固态物质基础上，再增加巨大的压力，最终原子核也被压垮，电子与质子结合成为中子，加上原来原子核里的中子，整个星球都成为一个大中子核。这种物质只有在中子星上存在，中子星是比太阳大8倍以上恒星超新星大爆炸后，中心留下的一个至密核，上面的物质的密度达到每立方厘米1~20亿吨。
这就是中子星。中子星都很小，只有10公里大小半径，人如果能够上到中子星，骑自行车一天就可以很轻松绕整个星球一圈。但这个星球的质量却有太阳的1.44倍~3.2倍。随着人类对宇宙自然规律认识的日益深化，物质的形态分得越来越细，越来越专业化。因此由最早人们认识的物质三态、四态，发展到现在的物质六态、八态，甚至十二态。
有人认为上述态都算是物质的不同状态，甚至还要加上超导态、超流态、反物质、场等状态。这样物质就有了固态、液态、气态、等离子态、波色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、超固态、中子态、超导态、超流态、反物质、场等十二态了。对此你怎么看呢？就是这样，欢迎讨论。时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题，感谢粉丝朋友们一直以来的关注支持与厚爱。
玻色-爱因斯坦凝聚是什么样的？费米-狄拉克凝聚呢？
玻色—爱因斯坦凝聚态，世界不是你想象的那样关于时间与生命的思考，是个大的命题，自古以来无数人都在发问。类似的文章，我在《非线性变化》一书中写过。大概就是两个观点。一是生命的意义的不可说；二是活着比意义更重要。当时间成为通用货币时，你将如何生活？ 《时间规划局》片中有个主角的朋友，主角给了他10年时间，一笔巨大的财富。
结果他用9年的时间买酒喝，暴死街头。现实生活中呢？有人中彩票，暴富后很快又成了乞丐。时间对于人性的贪欲从来都是残忍的。大家慢慢体会吧。其实我想说，黄金，金钱是生活通用货币，但人生的通用货币还真是时间。生命在于运动，更在于探索。每天去发现和知道新的知识，对你我来说绝对是美的享受。玻色–爱因斯坦凝聚就是一种这样的美丽，可能我们的想象力会匮乏到领悟这样的美。
一起来认识一下吧。玻色–爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态（物态）。1995年，麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学鲍尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170 nK（1.7×10−7K）的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。
这幅图像显示的是铷原子速度的分布，它证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。图中的颜色显示多少原子处于这个速度上。红色表示只有少数原子的速度是该速度。白色表示许多原子是这个速度。最低速度显示白色或浅蓝色。左图：玻色-爱因斯坦凝聚出现前。中图：玻色-爱因斯坦凝聚刚刚出现。右图：几乎所有剩余的原子处于玻色-爱因斯坦凝聚状态。
由于不确定性原理尖部不是无穷窄：由于原子被束缚于一个很小的空间，它们的速度必须有一个很大的范围。从左图到右图，我们看到原子态的变化情况有很大的转折。这里的“凝聚” 与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。形象地说，这就像让无数原子“齐声歌唱”，其行为就好像一个玻色子的放大。
所以原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。1920年代，萨特延德拉·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦以玻色关于光子的统计力学研究为基础，对这个状态做了预言。2005年7月22日，乌得勒支大学的学生罗迪·玻因克在保罗·埃伦费斯特的个人档案中发现了1924年12月爱因斯坦手写的原文的草稿。
玻色和爱因斯坦的研究的结果是遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色气体。玻色-爱因斯坦统计是描写玻色子的统计分布的理论。玻色子，其中包括光子和氦-4之类的原子，可以分享同一量子态。爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会“落入”（“凝聚”）到能量最低的可能量子态中，导致一种全新的相态。在这里大家要注意，是玻色子，不是费米子。
这个知识点，前面几章有讲过。两个费米子不能同时占一个量子态，但两个玻色子可以。一个单纯的三维的气体的临界温度为（气体处在的外部势能是恒定的）：1938年，彼得·卡皮查、约翰·艾伦和冬·麦色纳（Don Misener）发现氦-4在降温到2.2 K时会成为一种叫做超流体的新的液体状态。超流的氦有许多非常不寻常的特征，比如它的黏度为零，其漩涡是量子化的。
很快人们就认识到超液体的原因是玻色-爱因斯坦凝聚。事实上，康奈尔和威曼发现的气态的玻色-爱因斯坦凝聚呈现出许多超流体的特性。“真正”的玻色-爱因斯坦凝聚最早是由康奈尔和威曼及其助手在天体物理实验室联合研究所于1995年6月5日成功的。他们使用激光冷却和磁阱中的蒸发冷却将约2000个稀薄的气态的铷-87原子的温度降低到170 nK后获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
四个月后，麻省理工学院的沃尔夫冈·克特勒使用钠-23独立地获得了玻色-爱因斯坦凝聚。克特勒的凝聚较康奈尔和威曼的含有约100倍的原子，这样他可以用他的凝聚获得一些非常重要的结果，比如他可以观测两个不同凝聚之间的量子衍射。2001年康奈尔、威曼和克特勒为他们的研究结果共享诺贝尔物理奖。康奈尔、威曼和克特勒的结果引起了许多试验项目。
比如2003年11月因斯布鲁克大学的鲁道尔夫·格里姆、科罗拉多大学鲍尔德分校的德波拉·金和克特勒制造了第一个分子构成的玻色-爱因斯坦凝聚。与一般人们遇到的其它相态相比，玻色-爱因斯坦凝聚非常不稳定。玻色-爱因斯坦凝聚与外界世界的极其微小的相互作用足以使它们加热到超出临界温度，分解为单一原子的状态，因此在短期内不太有机会出现实际应用。
2016年5月17日，来自澳大利亚新南威尔士大学和澳大利亚国立大学的研究团队首次使用人工智能制造出了玻色-爱因斯坦凝聚。人工智能在此项实验中的作用是调节要求苛刻的温度和防止原子逃逸的激光束。我们知道，常温下的气体原子行为就象台球一样，原子之间以及与器壁之间互相碰撞，其相互作用遵从经典力学定律；低温的原子运动，其相互作用则遵从量子力学定律，由德布罗意波来描述其运动，此时的德布罗意波波长λdb小于原子之间的距离d，其运动由量子属性自旋量子数来决定。
我们知道，自旋量子数为整数的粒子为玻色子，而自旋量子数为半整数的粒子为费米子。玻色子具有整体特性，在低温时集聚到能量最低的同一量子态(基态)；而费米子具有互相排斥的特性，它们不能占据同一量子态，因此其它的费米子就得占据能量较高的量子态，原子中的电子就是典型的费米子。早在1924年玻色和爱因斯坦就从理论上预言存在另外的一种物质状态——玻色爱因斯坦冷凝态，即当温度足够低、原子的运动速度足够慢时，它们将集聚到能量最低的同一量子态。
此时，所有的原子就象一个原子一样，具有完全相同的物理性质。根据量子力学中的德布洛意关系，λdb=h/p。粒子的运动速度越慢（温度越低），其物质波的波长就越长。当温度足够低时，原子的德布洛意波长与原子之间的距离在同一量级上，此时，物质波之间通过相互作用而达到完全相同的状态，其性质由一个原子的波函数即可描述； 当温度为绝对零度时，热运动现象就消失了，原子处于理想的玻色爱因斯坦冷凝态。
在这里要给大家补充一个知识点。目前物质存在的形态总共有6种。分别是气态、液态、固态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。前三个我们生活中常见。以水为例子，雾是气态，水是液态，冰是固态。那什么是等离子态，物质原子内的电子在脱离原子核的吸引而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存的状态，此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称作等离子态。
而费米子凝聚态，是物质存在的第六态。“费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。【下一章我们就介绍费米子态，所以这里不多论述。】虽然玻色-爱因斯坦凝聚很难理解也很难制作，但它们也有许多非常有趣的特性。比如它们可以有异常高的光学密度差。一般来说凝聚的折射系数是非常小的。
因为它的密度比平常的固体要小得多。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态，使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会骤降，甚至降到数米每秒。所以会用玻色—爱因斯坦凝聚来降低光速。自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型，入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光，这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。
最近有新闻在报道“液态光”，标题为：《人类首次在室温下造出液态光》。其实通过上面文章的分析，大家应该就知识了这个“液态光”的概念就和玻色—爱因斯坦凝聚有关。文章指出此次突破由意大利CNR纳米技术研究所和加拿大蒙特利尔理工学院的科研人员共同完成，相关论文发表在 6 月 5 日的《自然·物理》上。该研究的成功实施为量子流体力学的进一步发展铺平了道路，也可能为室温超导的实现方法以及新型电子元件提供灵感。
图丨上图为一般液体碰到障碍的反应；下图为液态光碰到障碍的反应在某些特定情况下，光的确可以变成液体，成为一种超流体，但是，要实现这种效应需要非常苛刻的条件，因为液态光属于玻色-爱因斯坦凝聚态——这种凝聚态的又称为“物质的第五态”一般情况下，类似的物态只能在接近绝对零度（零下摄氏273度）的低温下出现。团队首席科学家、来自意大利 CNR 纳米技术研究所的 Daniele Sanvitto说：“此次工作中最不同寻常的是，我们证明了超流体现象也可以在室温的环境条件下实现”。
图丨该项目的两位负责人Daniele Sanvitto 和 Stéphane Kéna-Cohen研究团队的另一名负责人 Stéphane Kéna-Cohen 则描述了液态光一个更为戏剧化的效果：不同于一般液体，液态光遇到障碍只会平滑地绕过去，不会产生任何波纹和漩涡，表现出零摩擦和零粘性这两个特性。
图丨随着能量的增加，流体在经过物质时逐渐有了超流体的性质。不难看出，液态光的制备方法与金属超导的实现方法有相似之处：两者都只能在极其低温的条件下才能被观察到，而且持续的时间非常短。那么，这一次科学家是如何在室温条件下制造出液态光的？据Stéphane Kéna-Cohen介绍，为了达到这个目的，他们把一个 130 纳米厚的有机分子切片放在了两个反射率极高的镜片之间，形成一种类似三明治的结构。
然后，研究人员用周期为 35 飞秒的激光脉冲轰击这个系统，使得光子在镜片间来回弹射。在这个过程中，光子与中间的有机分子急速交错，从而形成了一种具备光-物质二元属性的液态光。简而言之，光子和有机分子中的电子相耦合便形成了液态光。该实验中的这种耦合体叫做极化激元，是一种准粒子。它是由电磁波之间的强烈耦合以及带有电偶极子或磁偶极子的激发作用中诞生。
简单来说，极化激元的形成也可看为一颗受激的光子。极化激元-超流体的概念最早于2007年就被提出，当时的研究者就提出了假设，这类超流体的最大特点之一就是有可能在室温下被实现。这次的突破将对未来的学术研究和实际应用产生巨大影响。在学术研究上，除了可以让科学家在常温下研究与玻色-爱因斯坦凝聚态相关的基本现象，液态光还可以为量子流体力学提供更好的研究对象。
至于其实际效用，Stéphane Kéna-Cohen说：“这次成果不但展现了有关玻色-爱因斯坦凝聚态的基础性质，还能启发我们设计未来的光子超流体设备，这些设备很可能实现能量上的零损耗”。此前，在与该实验原理相似的超导体研究中，制造接近零电阻的材料往往需要进行严格的极度冷冻处理。如果利用本次的液态光制备方法，工程师可以在室温条件下生产出更高效的超导材料设备，例如激光器、发光二极管、太阳能电池板和光伏电池等，而且这些装置可以在很大程度上避免光子跟障碍物接触带来的能量损失。
这就是新闻中的主要介绍，很多人看了会迷糊。我给大家简单分析一下。首先大家要知道，超流体，超导现象往往是玻色—爱因斯坦凝聚态的具体表现。但一般要出现超流体和超导现象的条件很苛刻。其中之一就是温度要非常低，非常接近绝对零度。而这一次是在室温下完成的这个“液态光”实验，突破了温度要求，所以是个突破。也就是说这些科学家用“极元激化”这个耦合机制，使得光子处于了玻色—爱因斯坦凝聚态。
就相当于控制了光的速度，和流动性质。但“液态光”这个词只是形象的比喻，和液态的其他东西，比如水，有很大的区别。我们可以说淘一瓢水出来，但你不可能淘一瓢液态光出来，然后再把它洒在地上。还有大家要清楚的明白，玻色—爱因斯坦凝聚态的出现，其根源是玻色子服从玻色—爱因斯坦统计。 否则费米子凝聚态就和玻色—爱因斯坦凝聚没有任何差别了。
