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■張善超目前專注於研究在超低溫下才可達成的玻色-愛因斯坦凝聚態。彭子文 攝
建冷原子系統 直逼終極低溫 量子實驗突破
「80後」一代在當今社會各領域都正嶄露頭角；不過，學術科研之路，往往需要一級一級循序漸進，年紀輕輕要爭得突出成績，尤為不易。年僅26歲的張善超，早已成功博士畢業，現為科技大學博士後研究員，是2013年度香港科學會「青年科學家獎」得主。外表充滿陽光氣息的他，從事的卻是全香港最最最冷的科學研究─冷原子（Cold Atom）。他搭建出較終極低溫「絕對零度」（即0開氏度K，約等於攝氏零下273.15度）只高百萬分之一度的冷原子系統，並於相關量子實驗中作出多個重要突破。張善超現正進一步追趕「絕對零度」，研究十億分之一開氏度（10-9K）的原子狀態，期望為世人破解物質之謎。■香港文匯報記者 鄭伊莎、任智鵬
科學追求的是精確，而在組成物質基礎的原子世界中，最冷也就即是最精確。科學家告訴我們，帶有能量的原子，每時每刻都處於移動狀態，當能量越低，即溫度越低，原子便會以越小幅度及速度震動，至趨向完全靜止。而近20多年急速發展的冷原子物理，正是讓原子在接近「絕對零度」幾乎不動的情況下，作出更準確、更忠於物理學理論的實驗觀測，亦可藉以進行其他不同的微觀量子實驗。
激光冷卻「小球」減速趨向靜止
張善超解釋說，觀測原子就像測量火車鳴笛的聲音，當火車向我們駛來及離我們而去時，聲頻分別會變高及變低，這亦是物理中經典的「都普勒效應」（Doppler Effect），「如果它在動，測得就沒那麼準確了。」
要讓原子趨向靜止就要將之冷卻，但零下273度卻是超乎常識的低溫，比永遠沒有陽光照射到的宇宙邊陲還要冷；所以科學家需要利用到激光冷卻（Laser Cooling）技術以達有關目的。
不少人對激光可產生冷原子感到疑惑：激光是輸入熱能量的技術，卻有冷卻效果？張善超解釋說，在物理上原子的溫度即等同其移動速度，透過全方位的激光光子與震動中原子團「相撞」，便能將其移動速度減慢，亦即冷卻。他將原子比喻為向四方八面不停亂動的小球，而激光束就像一串串射出的黃豆，當上下左右前後全部6個方位均有黃豆打向亂動的小球時，小球便會因阻力減少移動，更接近靜止狀態。
印證愛因斯坦理論獲獎
張善超的研究搭建出一套溫度只得百萬分之一開氏度（10-6K）的冷原子系統，並透過近紅外線鐳射，成功產生了能作任意調控的單光子源（single photon source），更藉以於單光子的量子實驗中取得多個突破，包括證實光速無法被超越，印證了愛因斯坦理論，以及將單光子的量子儲存效率由約20%提高至49%，推進量子電腦的基礎，因而獲青年科學家獎。
低處未算低，張善超又與記者分享其更尖端的研究新方向「玻色-愛因斯坦凝聚態」（Bose-Einstein Condensation，BEC），那是1920年代愛因斯坦等人已作出預言，但直至20年前科學家才成功於實驗中達到的物質超低溫狀態，其溫度約只得10-9K，較張善超以往工作更要冷3個層次，進一步逼近「絕對零度」。
試用BEC模擬 預計物質特性
BEC屬於物質能量極端的量子狀態，張善超指出，近年興起的新材料科學，會嘗試利用BEC進行「量子模擬（Quantum Simulation）」，不需要實際創造新材料，亦可預計其特性。他期望於現時的博士後專注於有關BEC項目，探索從未出現的物質，他日有機會再到國際頂尖實際室裝備自己，累積更多學術歷練後，回港作出更多更重要的貢獻。
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