首次拍摄到自由原子，这些原子不受限制地四处游荡，这使得物理学家能够更近距离观察长期以来预测的量子现象。
这有点像在自家后花园拍摄到一种罕见鸟类，此前很长时间只听闻该地区有这种鸟的消息，且每天看到喂鸟器里的食物在减少。不过，我们这里谈论的不是观鸟，而是量子物理学。
实现这一突破的美国研究人员精心构建了一种 “原子分辨显微镜” 相机系统。该系统首先将原子置于一个封闭的云团中，让它们在其中自由游动，然后用激光将原子冻结在相应位置以便记录。
“我们能够看到这些有趣原子云团中的单个原子，以及它们之间的相互作用，这非常美妙，” 来自麻省理工学院（MIT）的物理学家马丁·兹维林说。
能够捕捉到这些原子相互作用的瞬间，意味着在量子领域研究最小尺度物质有了新机会，研究人员已经对几种罕见的原子模式进行了更细致观察。
这些模式包括一种被称为玻色 – 爱因斯坦凝聚的状态，它由玻色子组成，费米子也会成对出现。这一切加深了我们对极其微小的原子行为及其行为变化的理解。
例如，研究团队能够直接捕捉到以法国物理学家路易·德布罗意命名的 “德布罗意波” 的图像，其中玻色子聚集在一起。这一理论对现代物理学的起源有一定推动作用。
虽然此前已对这些情况进行过研究，但现在可以更详细地分析，让科学家有机会进行以前无法实现的测量和观察，甚至能细致到单个原子。
“现有技术能让你看到原子云的整体形状和结构，但看不到单个原子本身，” 兹维林说，“这就像看到天空中的一朵云，但看不到构成云的单个水..
追踪和监测原子极其困难。这些粒子的大小仅为十分之一纳米，大约是人类头发丝宽度的百万分之一，这就是需要这些复杂成像装置的原因。
既然新方法的研究人员已经证明其可行，他们希望用它来研究其他类型的原子相互作用和行为。特别感兴趣的是最罕见且研究最少的情况，量子霍尔物理学（其中电子与磁场有异常相互作用）就在研究清单之列。
“当你看到这样的图片时，它通过照片展示了一个在数学世界中发现的物体，” 麻省理工学院物理学家理查德·弗莱彻说。
“所以这很好地提醒我们，物理学研究的是实际事物，它是真实的。”
这项研究已发表在《物理评论快报》上。