在玻色－爱因斯坦凝聚态下测定微小的力

美国 Rice大学的S.Bhongale 教授和洛斯阿拉莫斯国家实验室的 E.Timmermans 教授在最近完成了一项出色的实验，他们利用超冷原子气泡来测定微小的力.他们将一种原子形成气泡，让它在另一种原子气体内运动.实验中对加速度的测量可达到10-10m/s2的精度.

在过去的十几年间，有大量的科学家用十字交叉的激光束来俘获超冷原子产生了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)态，再对其施加磁场来精细地研究原子间的相互作用.接着科学家们又将两种不同形态的原子（如 A 原子和B 原子）混合起来形成BEC 态，调节磁场后可使两种原子气体发生相分离，形成两个不同的相.现在，S.Bhongale 和 E.Timmermans 在前人工作的基础上，进一步使混合原子气体在相分离时让 A 原子气体形成一个气泡飘浮在 B 原子气体中.而 A原子气泡会受到力的作用将它从中心处推向边缘，这个力有点类似于在水中的空气泡所受到的浮力.在实验中，科学家们利用调节外部的激光，使束缚在 BEC 态中的气泡所受到的浮力抵消，这时气泡将逐渐地返回到中央的位置.因此气泡的位置可以用两束微弱的激光来控制，从而可探测到气泡所受到的微小作用力.从某种意义上来说，这个实验方法有点像一台气泡水准仪，它调节着气泡中浮力与重力间的平衡，因此S.Bhongale 和 E.Timmermans将他们的系统命名为 BEC水准仪.

BEC水准仪可测定重力加速度的精度达到百亿分之一,这要比传统的扭摆测出的精度高很多.总之，BEC 水准仪有能力揭示出引力与距离平方成反比这个规律更高的精确度，而这一个问题长期以来是物理学界要征服的重要课题，因为它将使自然界的三大基础作用力的规律有着统一的表达形式.

另外，BEC 水准仪还可以用来研究原子在金属表面存在的 Casimir-Polder 力，这种力已证明是极难测量的，但它又是纳米科学家们极感兴趣的问题，因为它对原子是如何参与表面的形成方面有着很重要的作用.