德國科學家首次透過將一個微小的、原子密集的晶片發射到太空，並用雷射束轟擊它，在太空中創造出一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態的奇異物質狀態。他們的發現可能為一種新的引力波（即時空中的漣漪）探測方法奠定基礎。
微重力環境中的物質波干涉實驗（MAIUS-1）於2017年1月23日從瑞典的埃斯 range 太空中心用探空火箭發射升空。該任務不僅成功地創造了首個太空玻色-愛因斯坦凝聚態，而且研究人員還在6分鐘的太空飛行中用該樣本進行了100多次實驗。這項研究的結果於今天（10月17日）在《自然》雜誌上發表。
玻色-愛因斯坦凝聚態 （BEC）是一種物質狀態，當原子云冷卻到接近絕對零度，即0開爾文（等於零下459.67華氏度，或零下273.15攝氏度）的溫度時形成。當原子足夠冷時，它們不再像單個原子那樣運動，而是聚集在一起，同時佔據相同的、可能的最低能量狀態。換句話說，原子變得無法區分，原子團開始表現得像單個原子。[資訊圖：引力波如何工作]
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這種現象是量子力學中被稱為波粒二象性的原理的結果，該原理指出光和物質都表現出粒子和波的特性。粒子的波長與其溫度直接相關。能量較高的粒子表現出較短的波長，而能量較低的粒子則具有較長的波長。透過冷卻一組原子，直到它們都佔據相同的低能量狀態，它們的波長會擴充套件到整個原子雲並變得相同。
為了使原子儘可能冷，科學家們使用一種稱為“雷射冷卻”的方法。當雷射束將光子（或光粒子）射向原子時，光子被原子吸收，並在過程中降低原子的動量。這是因為這些光子本身就具有動量，當原子吸收光子時，它也會吸收光子的動量。在正面碰撞中，這會導致原子失去動量，或減速。原子移動得越慢，溫度就越低。
在MAIUS任務期間，一個銣原子樣本被冷卻以在太空中創造出第一個玻色-愛因斯坦凝聚態。但或許比這一歷史性首創更令人興奮的是研究人員對玻色-愛因斯坦凝聚態進行的實驗結果，結果表明，在太空中測量引力波可能比在地球上進行測量更精確。
在地面雷射干涉引力波天文臺（LIGO）於路易斯安那州的引力波的發現為三位物理學家贏得了2017年諾貝爾物理學獎。太空中的玻色-愛因斯坦凝聚態可能有助於推動引力波的探測。德國漢諾威萊布尼茨大學的研究員、MAIUS實驗的主要研究人員之一邁克·拉赫曼告訴Space.com，透過太空測量，“原則上我們可以建立一個使用原子干涉儀的引力波探測器，它對LIGO無法探測到的其他頻率敏感。”
研究人員使用一種稱為原子干涉儀的裝置，利用雷射束將物質波分成兩束，然後以產生干涉圖案的方式將波重新組合。拉赫曼說，當原子處於“自由落體”或微重力環境中時，測量結果“對慣性力（如引力場）敏感”。拉赫曼補充說， “靈敏度與玻色-愛因斯坦凝聚態在干涉儀中花費的時間成二次方關係”，在地球上進行此類實驗時，“你總是會遇到玻色-愛因斯坦凝聚態在短時間後墜落到地面的問題……在太空中，你處於微重力條件下，因此原則上可以觀察任意長的時間。”
上海中國科學院的研究員劉亮（未參與這項研究）在一篇隨附的《自然》新聞與觀點文章中寫道，這項新研究“為太空量子感測器鋪平了道路，太空量子感測器可用於進行地球上無法進行的實驗”。“例子包括探測通常無法訪問的頻率範圍內的引力波，探測可能的超輕暗物質粒子，以及觀察與愛因斯坦廣義相對論相關的細微效應。誰知道太空量子感測器會揭示宇宙的哪些奧秘。”
在科學家們能夠在太空中進行這項實驗之前，他們首先必須找到一種方法來小型化生產玻色-愛因斯坦凝聚態所需的科學裝置。漢諾威大學的合著者斯蒂芬·塞德爾在一份宣告中說：“通常，這樣的裝置會佔據整個實驗室房間。” “設計一個如此緊湊和堅固的系統，使其能夠搭載探空火箭飛行，這對科學家和工程師來說是一個主要的挑戰。” 探空火箭的高度僅約8.2英尺（2.5米），直徑為20英寸（0.5米）。
自從MAIUS任務發射以來，一項類似的實驗，即冷原子實驗室，已被送往國際空間站。冷原子實驗室於5月份發射到空間站，此後透過冷卻銣原子雲，像MAIUS任務一樣，製造出了玻色-愛因斯坦凝聚態。
銣是“最容易冷卻原子雲直至凝聚的原子種類之一，”拉赫曼說，“當然也可以用其他種類來做。對於接下來的兩個MAIUS任務（MAIUS-2和-3），我們將新增鉀-41作為第二種種類。” 這些任務將於2018年和2019年的某個時候發射。
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