在玻色－愛因斯坦凝聚態下測定微小的力

美國 Rice大學的S.Bhongale 教授和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的 E.Timmermans 教授在最近完成了一項出色的實驗，他們利用超冷原子氣泡來測定微小的力.他們將一種原子形成氣泡，讓它在另一種原子氣體內運動.實驗中對加速度的測量可達到10-10m/s2的精度.

在過去的十幾年間，有大量的科學家用十字交叉的激光束來俘獲超冷原子產生了玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)態，再對其施加磁場來精細地研究原子間的相互作用.接著科學家們又將兩種不同形態的原子（如 A 原子和B 原子）混合起來形成BEC 態，調節磁場后可使兩種原子氣體發生相分離，形成兩個不同的相.現在，S.Bhongale 和 E.Timmermans 在前人工作的基礎上，進一步使混合原子氣體在相分離時讓 A 原子氣體形成一個氣泡飄浮在 B 原子氣體中.而 A原子氣泡會受到力的作用將它從中心處推向邊緣，這個力有點類似于在水中的空氣泡所受到的浮力.在實驗中，科學家們利用調節外部的激光，使束縛在 BEC 態中的氣泡所受到的浮力抵消，這時氣泡將逐漸地返回到中央的位置.因此氣泡的位置可以用兩束微弱的激光來控制，從而可探測到氣泡所受到的微小作用力.從某種意義上來說，這個實驗方法有點像一臺氣泡水準儀，它調節著氣泡中浮力與重力間的平衡，因此S.Bhongale 和 E.Timmermans將他們的系統命名為 BEC水準儀.

BEC水準儀可測定重力加速度的精度達到百億分之一,這要比傳統的扭擺測出的精度高很多.總之，BEC 水準儀有能力揭示出引力與距離平方成反比這個規律更高的精確度，而這一個問題長期以來是物理學界要征服的重要課題，因為它將使自然界的三大基礎作用力的規律有著統一的表達形式.

另外，BEC 水準儀還可以用來研究原子在金屬表面存在的 Casimir-Polder 力，這種力已證明是極難測量的，但它又是納米科學家們極感興趣的問題，因為它對原子是如何參與表面的形成方面有著很重要的作用.