高分辨扫描电子显微镜内部经典物理学认为，物质的形态包括固态、液态、气态和等离子态。自1924年以后，“玻色—爱因斯坦凝聚态”成为传说中的物质第五态。据10月22日“每日科学”网站报道，近日德国美因茨大学的科学家们，对物质第五态的研究取得突破性进展，首次成功地观察到“玻色—爱因斯坦冷凝物”中单个原子的空间分布。
“玻色—爱因斯坦凝聚”概念最早由印度物理学家玻色提出，爱因斯坦将其理论用于原子气体中，进而做出预言：物质除四态外，还存在另外的一种状态。当温度足够低、运动速度足够慢时，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，此时所有的原子“凝聚”到同一状态，就像一个“超级原子”一样，具有完全相同的物理性质。
然而，实现及研究“玻色—爱因斯坦凝聚”的条件极为苛刻：一方面需要达到极低的温度（绝对零度的十亿分之几度），另一方面还需要原子体系处于气态。这在当时几乎是自相矛盾的，一直到理论提出71年之后，美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学的科学家才有所发现，于铷原子蒸气中第一次直接观测到了“玻色—爱因斯坦凝聚”。此后三位科学家因对它的研究获得2001年度的诺贝尔物理学奖。这是一种相对纯粹的“玻色—爱因斯坦冷凝物”，由此科学界对物质第五态的研究迈出关键性一步。
玻色-爱因斯坦凝聚态 ______Ketterle在纳原子气中实现的BEC
而今美因茨大学的物理学家们竖立起一座新的里程碑。研究小组开发出高分辨率扫描电子显微镜，其空间分辨率远远超过以往使用的任何方法，能以极细电子束扫描超冷原子云，使得最微小的结构都清晰可见，因此可用于绘制“玻色—爱因斯坦冷凝物”中的单个原子。同时，研究人员成功使光晶格的结构变得可见，只要将冷原子置于其中，就可藉着调控光晶格来操控原子间的位置。
研究人员表示，这一成果将加深人们对物质第五态的了解，“玻色—爱因斯坦凝聚”对于超新星爆发、黑洞的模拟也会促进天体物理学的发展。而在物理学界，这诚如一面放大镜，将量子的微观世界徐徐呈现在人们眼前。
台学者发现物质第五态
此为穿透式电子显微镜下“细胞膜与水共存的绕射照片”，绕射图案外圈六处晕开的光环，显示活动中的水分子可以夹于酯膜分子间，不断进出细胞膜。据台媒报道，台湾物理学研究再度出现重大突破！台大物理系副教授赵治宇近日宣布研发出世界第一台能观察活体细胞的“生物环境穿透式电子显微镜”，并借由显微镜发现“物质第五态——酯膜结构”，推翻物理百年传统理论，未来教科书将因此改写。
赵治宇的研究在本期出刊的《物理评论通讯》发表，不仅被学者评为很有机会赢得诺贝尔奖，连美国国家研究室Argonne都邀请他前往技术指导。台大校长陈 维昭表示，未来医学院将与赵治宇合作，利用能看到活体细胞的显微镜，观察水分子如何渗透入肺部却出不来的动态，有助于肺水肿的医疗研究。甚至连AIDS、 SARS病毒如何入侵细胞膜，可以借由动态观察产生突破性进展。
赵治宇表示，“生物环境穿透式电子显微镜”不但能实际观察水分子以“渗透”方式进入蠕动的细胞膜，他更发现水与细胞膜呈现动态平衡时，细胞膜自然形成“酯膜结构”，与传统的固、液、气、液晶四态明显不同，改变物理学百年来的定论，未来教科书也都必须改写。
赵治宇表示，“生物环境穿透式电子显微镜”是世界第一台，技术领先其它国家至少十年。他指出，一般的电子显微镜只能观察被染色的干切片或冷冻后的死切片，并非活体细胞；新的显微镜则可以完全呈现水分子及其它病毒进出细胞膜的动态，结果更正确客观。
赵治宇指出，观察活体细胞的显微镜能运用在生活各层面，未来甚至可运用在保养品研发上，经由观察保养品如何渗透入活体皮肤细胞，更能确实掌握保养品与皮肤互动的过程。
右下圖：此为穿透式电子显微镜下“细胞膜与水共存的绕射照片”，绕射图案外圈六处晕开的光环，显示活动中的水分子可以夹于酯膜分子间，不断进出细胞膜。
Link : 玻色-爱因斯坦凝聚态_物质第五态
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