二维理想玻色气体为什么不会发生玻色

二维理想玻色气体为什么不会发生玻色

宏观量子现象是指在超低温等某些特殊条件下，由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。宏观物体由服从量子物理规律的微观粒子组成，但其空间尺度远大于微观粒子的德布罗意波长，故微观粒子的量子特性(波动性)被掩盖掉了。通常条件下，宏观物体整体上并不显示出量子效应，然而，在低温或粒子密度变大等特殊条件下，宏观物体微观组分的量子特性会互相影响而增强，通过长程关联进入能量较低的状态，整体表现出奇特的量子性质。例如，原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚就是宏观量子现象。
光子或其他全同粒子组成的一般理想气体满足特定的统计规律，即玻色-爱因斯坦统计。当温度降到临界温度以下时。大量原子将突然凝聚到动量为零的单一量子态上，这种现象称为玻色-爱因斯坦凝聚。根据爱因斯坦理论，只有当组成理想气体的原子热运动的物质波波长(相当于原子波包的平均宽度)可与原子间的间距相比拟时，原子波包才能相干地重叠起来，形成一种相干的宏观量子态。
由于形成了宏观量子态，系统的热力学特性(如比热容等)将出现非解析和不连续行为。在通常条件下，真空或环境噪声会扰动原子的集体运动，使得大量原子很难同时凝结在单一的量子态上。只有当系统冷却到足够低的温度，才有可能形成宏观量子态。然而，原子热运动的物质波波长与温度和原子质量的平方根成反比。由于原子质量很大，因此，在室温下热的物质波波长很短，与原子的间距相差几个数量级。要在实验室实现原子的玻色-爱因斯坦凝聚，就必须把原子冷却到微开数量级。
20世纪80年代中期后，由于激光冷却和原子囚禁技术的发展，1995年观测到了玻色-爱因斯坦凝聚现象。此后，开始考虑物质波的相干输出放大问题，以制备新一代物质波相干光源原子激射器。它的最终实现会导致能发射出比可见光波长更短的波的相干波源出现，这既可以为物理学家提供进一步探索物质世界微观领域的利器，又有可能像光波激光器一样在工业中得到广泛应用，从而导致新技术革命。

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