德国科学家首次通过将一个微小的、原子密集的芯片发射到太空，并用激光束轰击它，在太空中创造出一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚态的奇异物质状态。他们的发现可能为一种新的引力波（即时空中的涟漪）探测方法奠定基础。
微重力环境中的物质波干涉实验（MAIUS-1）于2017年1月23日从瑞典的埃斯 range 太空中心用探空火箭发射升空。该任务不仅成功地创造了首个太空玻色-爱因斯坦凝聚态，而且研究人员还在6分钟的太空飞行中用该样本进行了100多次实验。这项研究的结果于今天（10月17日）在《自然》杂志上发表。
玻色-爱因斯坦凝聚态 （BEC）是一种物质状态，当原子云冷却到接近绝对零度，即0开尔文（等于零下459.67华氏度，或零下273.15摄氏度）的温度时形成。当原子足够冷时，它们不再像单个原子那样运动，而是聚集在一起，同时占据相同的、可能的最低能量状态。换句话说，原子变得无法区分，原子团开始表现得像单个原子。[信息图：引力波如何工作]
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这种现象是量子力学中被称为波粒二象性的原理的结果，该原理指出光和物质都表现出粒子和波的特性。粒子的波长与其温度直接相关。能量较高的粒子表现出较短的波长，而能量较低的粒子则具有较长的波长。通过冷却一组原子，直到它们都占据相同的低能量状态，它们的波长会扩展到整个原子云并变得相同。
为了使原子尽可能冷，科学家们使用一种称为“激光冷却”的方法。当激光束将光子（或光粒子）射向原子时，光子被原子吸收，并在过程中降低原子的动量。这是因为这些光子本身就具有动量，当原子吸收光子时，它也会吸收光子的动量。在正面碰撞中，这会导致原子失去动量，或减速。原子移动得越慢，温度就越低。
在MAIUS任务期间，一个铷原子样本被冷却以在太空中创造出第一个玻色-爱因斯坦凝聚态。但或许比这一历史性首创更令人兴奋的是研究人员对玻色-爱因斯坦凝聚态进行的实验结果，结果表明，在太空中测量引力波可能比在地球上进行测量更精确。
在地面激光干涉引力波天文台（LIGO）于路易斯安那州的引力波的发现为三位物理学家赢得了2017年诺贝尔物理学奖。太空中的玻色-爱因斯坦凝聚态可能有助于推动引力波的探测。德国汉诺威莱布尼茨大学的研究员、MAIUS实验的主要研究人员之一迈克·拉赫曼告诉Space.com，通过太空测量，“原则上我们可以建立一个使用原子干涉仪的引力波探测器，它对LIGO无法探测到的其他频率敏感。”
研究人员使用一种称为原子干涉仪的设备，利用激光束将物质波分成两束，然后以产生干涉图案的方式将波重新组合。拉赫曼说，当原子处于“自由落体”或微重力环境中时，测量结果“对惯性力（如引力场）敏感”。拉赫曼补充说， “灵敏度与玻色-爱因斯坦凝聚态在干涉仪中花费的时间成二次方关系”，在地球上进行此类实验时，“你总是会遇到玻色-爱因斯坦凝聚态在短时间后坠落到地面的问题……在太空中，你处于微重力条件下，因此原则上可以观察任意长的时间。”
上海中国科学院的研究员刘亮（未参与这项研究）在一篇随附的《自然》新闻与观点文章中写道，这项新研究“为太空量子传感器铺平了道路，太空量子传感器可用于进行地球上无法进行的实验”。“例子包括探测通常无法访问的频率范围内的引力波，探测可能的超轻暗物质粒子，以及观察与爱因斯坦广义相对论相关的细微效应。谁知道太空量子传感器会揭示宇宙的哪些奥秘。”
在科学家们能够在太空中进行这项实验之前，他们首先必须找到一种方法来小型化生产玻色-爱因斯坦凝聚态所需的科学设备。汉诺威大学的合著者斯蒂芬·塞德尔在一份声明中说：“通常，这样的设备会占据整个实验室房间。” “设计一个如此紧凑和坚固的系统，使其能够搭载探空火箭飞行，这对科学家和工程师来说是一个主要的挑战。” 探空火箭的高度仅约8.2英尺（2.5米），直径为20英寸（0.5米）。
自从MAIUS任务发射以来，一项类似的实验，即冷原子实验室，已被送往国际空间站。冷原子实验室于5月份发射到空间站，此后通过冷却铷原子云，像MAIUS任务一样，制造出了玻色-爱因斯坦凝聚态。
铷是“最容易冷却原子云直至凝聚的原子种类之一，”拉赫曼说，“当然也可以用其他种类来做。对于接下来的两个MAIUS任务（MAIUS-2和-3），我们将添加钾-41作为第二种种类。” 这些任务将于2018年和2019年的某个时候发射。
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