2017年 5月4日晚7点，科学前沿进展名家系列讲座第73讲在玉泉路校区阶一五教室如期举行。本次讲座的主讲人是中国科学院物理研究所的陈澍研究员，他为同学们带来了题为“冷原子物理：从玻色爱因斯坦凝聚到量子模拟”的讲座。
讲座一开始，陈老师风趣地说到，冷原子物理虽然“冷”，但却是一个非常“热”的研究领域。该领域从上世纪90年代开始突飞猛进，是近年来的诺奖大户，也是非常热门的科学前沿。
陈老师接下来介绍了冷原子物理的基础知识。电子+质子+中子数量和为偶数的粒子称为玻色子，如光子；数量和为奇数的粒子称为费米子，如质子、电子、中子本身。在低温下，玻色子可以大量聚集在基态上，而费米子由于泡利不相容原理，只能从最低能量开始一个位置一个位置地填满。
陈老师接下来问道：“多冷才能称为冷原子呢？”在室温下，原子无规则运动的速率是300m/s，要在纳开尔文的温度量级才能使原子的速度降到1cm/s。在这种极致的低温下，粒子动量很小，根据德布罗意物质波波长公式，此时粒子呈现出很强的波动性，牛顿定律不再适用，要用量子力学来描述。陈老师自豪地告诉同学们，“宇宙中最低的温度在地球上，在我们的实验室里”。
陈老师紧接着讲述了冷原子物理的历史。玻色-爱因斯坦统计最早由印度科学家玻色在20世纪20年代提出，当时的世界物理中心在德国，玻色将论文寄给了当时物理学界的顶尖人物爱因斯坦。爱因斯坦受到启发，又在玻色的研究基础上进行了进一步研究。1925年泡利提出泡利不相容原理后，费米和狄拉克紧接着提出了费米-狄拉克统计。1927年泡利意识到电子满足费米-狄拉克统计。1938年 Fritz London意识到BEC是可观测现象。但当时一直未能观测到玻色-爱因斯坦凝聚。连爱因斯坦自己都怀疑，这个理论的确很漂亮，但它实际存在吗？
半个世纪以后，随着激光冷却技术的发展，玻色-爱因斯坦凝聚的研究工作再次被推向科学前沿。利用激光冷却技术可将玻色原子冷却到几千个纳开尔文的量级，再将冷原子放入合适的势阱中，使温度不够低的原子逃走，最终得到了纳开尔文的冷原子，再用另一束激光照射观察原子的分布，1995年，科学家们成功观察到Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚。
之后，陈老师又讲述了费米子的凝聚。通过混合玻色子和费米子，利用使玻色子降温的办法使费米子降温，再分离玻色子和费米子。
最终得到了满足费米-狄拉克统计的冷原子。
在讲解了光晶格里冷原子的强关联和弱关联之后，陈老师又介绍了一下量子气体。陈老师讲到，在这个领域我们仍然仅仅知道它们在一维情形下的几个例子，在量子统计中只有很少的情况下能够严格求解。
最后的提问环节，当被问到前几天引起一定争议的“负质量流体”时，陈老师表示，这里的负质量仅仅是在方程中取到的一个等效的参量，即负等效质量。用“不会扩散的流体”来描述或许更适合。（文/牟枭勇 来源/国科大记者团）
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“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加，由中国科学院大学本科部主办，讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
