想象没有激光的日常生活是困难的。我们在打印机、CD播放器、指针、测量设备等中使用激光。激光之所以如此特殊，是因为它们使用相干光波：激光内部的所有光都完全同步振动。

同时，量子力学告诉我们，像原子这样的粒子也应该被认为是波。因此，我们可以建造包含物质相干波的“原子激光器”。但是，我们能否使这些物质波持续下去，以便在应用中使用它们呢？在本周发表在《自然》杂志上的一项研究中，一个由阿姆斯特丹物理学家组成的团队表明，这个问题的答案是肯定的。

让玻色子同步行进。

原子激光器的基本概念是所谓的玻色-爱因斯坦凝聚体，简称BEC。自然界中的基本粒子有两种：费米子和玻色子。费米子是像电子和夸克一样的粒子，是构成我们物质的基石。玻色子在性质上有很大的不同：它们不像费米子那样硬，而是软的：例如，它们可以毫无问题地在彼此之间移动。玻色子最著名的例子是光子，它是可能的最小光量。

但物质粒子也可以结合形成玻色子——事实上，整个原子的行为就像光粒子一样。玻色子之所以如此特殊，是因为它们可以在同一时间处于完全相同的状态，或者用更专业的术语来表述：它们可以“凝聚”成相干波。当物质粒子发生这种凝聚时，物理学家称其为玻色-爱因斯坦凝聚。

在日常生活中，我们对这些冷凝物一点也不熟悉。原因是：很难让所有原子都表现为一个整体。破坏同步性的罪魁祸首是温度：当物质加热时，组成粒子开始抖动，几乎不可能让它们像一个整体一样运动。只有在极低的温度下，即绝对零度以上约百万分之一度（摄氏度范围内约为零下273度），才有可能形成BEC的相干物质波。

短暂的爆发

四分之一个世纪前，第一批玻色-爱因斯坦凝聚体在物理实验室中诞生。这为制造原子激光器提供了可能性，这种激光器可以输出物质束，但这些设备只能在很短的时间内工作。激光可以产生物质波脉冲，但在发出这样的脉冲后，必须在发出下一个脉冲之前创建一个新的BEC。对于迈向原子激光器的第一步来说，这还不错。

事实上，在物理学家能够制造出连续激光器之前，普通的光学激光器也是以脉冲形式制造的。但是，尽管光学激光器的发展非常迅速，第一台连续激光器在脉冲激光器问世后的六个月内生产出来，但对于原子激光器来说，连续型激光器在25年多的时间里仍然难以捉摸。

问题很明显：BEC非常脆弱，当光线照射到它们时，它们会很快被摧毁。然而，光的存在对凝结水的形成至关重要：要将物质冷却到百万分之一度，需要使用激光冷却其原子。因此，BEC仅限于短暂的爆发，无法连贯地维持它们。

圣诞礼物。

阿姆斯特丹大学的一个物理学家团队现已成功解决了创造连续玻色-爱因斯坦凝聚体的难题。团队负责人FlorianSchreck解释了诀窍是什么。“在以前的实验中，原子的逐渐冷却都是在一个地方完成的。在我们的设置中，我们决定将冷却步骤不是在时间上而是在空间上展开：我们让原子在通过连续冷却步骤的过程中移动。最后，超冷原子到达了实验的中心，在那里它们可以用来在BEC中形成相干物质波。但是，当这些原子是由于使用了新的原子，新的原子已经开始补充BEC。通过这种方式，我们可以让这一过程继续下去——基本上是永远持续下去。"

虽然基本想法相对简单，但实施起来并不简单。《自然》杂志第一作者陈淳佳说：“早在2012年，当时仍在因斯布鲁克的研究小组就实现了一项技术，可以保护BEC免受激光冷却光的影响，从而首次实现激光冷却，直至达到相干波所需的简并状态。虽然这是朝着构建连续原子激光器这一长期挑战迈出的关键第一步，但也很明显，一台专用机器需要更进一步。

“2013年搬到阿姆斯特丹时，我们从信心的飞跃、借来的资金、一个空房间和一个完全由个人资助的团队开始。六年后，在2019年圣诞节清晨，实验终于接近成功。我们有了添加额外激光束以解决最后一个技术难题的想法，我们拍摄的每一张图像都显示了BEC，第一个c连续波BEC。"

在解决了创造连续玻色-爱因斯坦凝聚体这一长期悬而未决的问题后，研究人员现在已经确定了下一个目标：利用激光创造稳定的物质输出光束。一旦他们的激光器不仅能永远工作，而且还能产生稳定的光束，就再也没有什么能阻挡技术应用的道路了，物质激光器可能会开始在技术上发挥与目前普通激光器同等重要的作用。