尋找重力波-微重力下的BEC和原子干涉儀

一群德國科學家發想了一種觀測重力波的方法，利用玻色─愛因斯坦凝態(BEC:Bose–Einstein condensate)，在2017年初，他們發射了裝有原子的小盒子以及雷射裝置到太空中，進行微重力物質波干涉實驗來偵測重力波。

這個小盒子創造了BEC發生的環境，由德國科學家小組MAIUS-1主導

首先，你應該會問，重力波是什麼？
想像一下，時空是可以伸縮的，當物體出現在時空中，便會擠壓到時空，使時空扭曲；如同石頭墜入水中，石頭會擠壓到水，進而佔領水原本存在的空間，而被擠壓的水只能向其他地方移動，而產生陣陣漣漪。而當重力波經過時，會改變物質間的距離，但是這個影響非常細微──僅有10^-23的數量級。

物體在時空中加速運動時，會擠壓時空，使時空波動，這就是重力波。左圖為雙星運動時產生的重力波

重力波就如同石子落入水中時，產生的漣漪

那玻色─愛因斯坦凝態(BEC)又是什麼呢？

當一團原子降溫到趨近於絕對零度(-273.15℃ )，所有原子都會掉到相同的、最低能量的量子態，也因為它們都在相同的量子態，所有原子就像是一個整體，顯現同樣的特性，使得科學家就無法分辨出每個原子的不同。

每個原子都有各自的量子態，但降溫之後，會落入最低能量的量子態

玻色─愛因斯坦凝態的現象是波粒二相性造成的結果。波粒二相性是指，所有物質都具有粒子的特性，以及波的特性，我們稱為「物質波」。以電子來說，我們知道電子是一種粒子，但它同時也具有波的干涉、繞射現象。

電子的雙狹縫干涉

根據波粒二相性，原子也是一種波，當原子擁有高能量，就會有較短的波長；原子擁有低能量，就有較長的波長。式1中，E為能量，h為普朗克常數，為頻率，為波長。E=hν=hc/λ [式1]
所以，當我們冷卻一團原子到接近絕對零度時，原子團具有的能量很低，所有原子波長相同（因為量子態相同），並且大於比原子團半徑。接著，我們利用原子干涉儀，先以雷射光束將原子的物質波分成兩個波，讓兩個波分別走過不同的路徑，再讓兩個波干涉（也就是疊加），變回一個波。