當有人問，物質到底有幾種狀態的時候，我相信有大多數人都會回答道：「會有三種狀態：固態氣態和液態。」這是我們在上學時知道的理論知識。事實上，這個答案是不正確的。物體至少有六種狀態：「固體態」、「液體態」、「氣體態」、還有「等離子體態」、「和玻色-愛因斯坦凝聚態"以及國外研究人員近年來發現的一種比較神秘的新狀態——費米子凝聚態（又叫費米子冷凝態）。
玻色子和費米子
在說費米子的凝聚態之前，我們需要認識兩個問題：第一個問題是玻色子和費米子是什麼，它們有什麼區別，還有一個問題是玻色子-愛因斯坦凝聚態又是什麼。
讓我們來介紹，玻色子和費米子是什麼。很多人不熟悉這兩個概念是什麼。首先，說到物質的粒子，大多數人第一個想到的是電子、原子、光子等一些粒子。其實，大自然中的幾乎所有物質的粒子都可以分為兩種，即：玻色子或費米子。玻色子和費米子之間的差異反映在「自旋」的量子力學性質上。玻色子是自旋量子數為整數的粒子，費米子則是自旋量子數為半整數的粒子。兩種自旋不一樣的地方會導致費米子和玻色子會有完全不同的特殊性質。
玻色子是「溫順」的粒子，可以處於相同的量子態。玻色子的分布與溫度有關。比如，當溫度非常高的時候，玻色子的原子則會「各管各的」：當溫度低於臨界值時，會有大量玻色子原子會聚集在「最低能級」。普通的鈉原子是玻色子。費米子是一些具有強獨立性的「群外」粒子，它們相互排斥。如果一個費米子占據一個能級位置，其他費米子將不得不進入更高的量子能級。費米子，包括一半元素周期表中的電子、夸克和原子，不會自行聚集在一起。它們只有在其特性被外力改變後才能聚集在一起。
玻色-愛因斯坦凝聚態
如果我們讓一些玻色子的原子繼續冷卻……直到他們不再寒冷。例如，當溫度接近絕對零度（-273.15℃）時，奇蹟發生了——所有的原子不再是獨立的，也不再能區分你、我和他。它們似乎已經變成了一個超級原子！玻色-愛因斯坦凝聚態，這就是物質的第五種形態。
有一個關於為什麼它被稱為玻色-愛因斯坦凝聚的故事。早在1929年，有一位青年印度物理學家Bose，他提出了一種有關原子的新的理論。他認為，我們不可能在原子尺度上區分兩個相似原子（如兩個氧原子）之間的差異。由於該理論不同於傳統理論，即它可以區分同一類原子中每個原子的「面」，因此它被剝奪了發表的權利。然後，Bose將他的文章寄給了愛因斯坦。愛因斯坦非常重視Bose的文章。他將「玻色理論」應用於「原子氣體」，並預測在常溫下，原子有可能處於任何的能級，但是，在超低溫下，原子很可能會突然下降到最低能級。在這種狀態的大量原子的行為，有可能就會像一個大的「超級原子」，並且有完全一樣的物理特性。後來，物理世界稱這種物質狀態為玻色-愛因斯坦凝聚態。
有一種理論，但很難證明它。我們必須能夠創造出令人信服的凝結水。玻色-愛因斯坦凝聚體的形成並不容易。一方面，我們需要創造一個非常低的溫度，在這個溫度下原子可以凝聚在一起。另一方面，我們也需要原子處於氣態。物質如何在非常低的溫度下保持氣態？這真是無數科學家頭疼的問題。後來，物理學家們發現，一些鹼金屬、氦原子、鈣和其他原子氣體由於製冷不會出現液態，更不用說高度聚集形成傳統固體了。
實驗對象有，但他們沒有條件冷卻到足夠低的溫度。隨著現代科學技術的飛速發展，電磁驅動磁阱技術和雷射冷卻技術由此誕生。後來，在玻色-愛因斯坦凝聚態理論提出75年後的1997年5月，有兩位科學家康奈爾、魏曼和科特勒這三個人它們首次在銣原子蒸氣中直接觀測到了玻色-愛因斯坦凝聚。這三位科學家還獲得了2000年諾貝爾物理學獎。從那時起，這個領域經歷了爆炸性的發展。在目前呢，地球上已有十幾個研究團隊在稀有原子氣體中，實現了製造並觀測玻色-愛因斯坦凝聚態。
費米子冷凝物
費米子凝聚態是如何產生的？由於沒有兩個費米子具有相同的量子態，許多人認為費米子凝聚是不可能的。然而呢，研究「費米子凝聚態」的科學家們堅持「大膽實驗、仔細觀察」的科學實驗精神，它們非常小心地向這個陌生的科學領域前進。
由於費米子的「排外」特性，這種特性使得它們不能凝聚在一起。但是，科學家們相信，如果用一些方法來改變費米子的性質並將其轉變為玻色子，就可能實現凝聚。後來，他們找到了對付這些不愛「交際」的費米子的方法。於是，他們非常小心地，像愛神丘比特一樣，用磁場作為「金箭」射向費米子，促使費米子們來匹配。就這樣，兩個自旋為半整數的費米子就形成了自旋為整數的費米子對。
有某一些科學家他們甚至可以通過調節某些磁場來控制配對的力度。配對後，費米子保留了一些自己的特性，但擺脫了「脫離群體」的壞習慣。和玻色子一樣，在超低溫的溫度下，一對費米子和另外一對費米子不斷地結合。結果呢，所有的氣體原子突然凝結成一種凝聚態，就像玻色-愛因斯坦凝聚態，最後形成費米子凝聚態。不同的研究小組使用不同的對象和方法來促進費米子配對。奧地利因斯布魯克大學的科學家冷卻了鋰-6原子，並施加了穩定的磁場來促進費米子的結合；科羅拉多州「聯合實驗室天體物理研究所」採用的技術略有不同。他們冷卻鉀40個原子並施加磁場。通過設備改變磁場強度，每個原子就會強烈吸引附近的原子，從而「引誘」它們形成一對一對的原子，然後就會凝聚成玻色-愛因斯坦凝聚體。
為什麼我們選擇鉀和鋰作為費米子凝聚研究的實驗對象？這種選擇並不是比較刻意的，而是與所使用的技術有關。將氣體冷卻到非常低的溫度需要幾個步驟。第一是使用「雷射」技術，將氣體降至到幾乎接近絕對零度。然後呢，將原子放入一個「磁力陷阱」，在這樣的情況下，比較高能量的原子會被允許「逃逸」，就像皮膚汗水蒸發了一樣。冷卻後，剩餘的原子保持在朗克溫度。最後是將原子「移動」到「光學」阱中，然後繼續蒸發和冷卻，最終達到臨界值的溫度，在這個溫度下，氣體將濃縮到「超液態」，溫度約為52nk。
在一系列的雷射冷卻操作中，最容易「駕馭」的化學元素是化學元素周期表中第一列中的元素。在第一列的幾種元素中，只有「鋰-6」和「鉀-40」是最穩定的，也是「長壽」費米子。因此，所有進行費米子研究的研究小組都使用這兩種元素中的一種。
有兩個研究小組用費米子代替玻色子製造出了了玻色-愛因斯坦凝聚態物。這一研究具有重要意義。正如瑞秋大學的物理學家舒利特所說：「以前沒有人見過分子的玻色-愛因斯坦凝聚體。這是一個巨大的進步，也是一個非常重要的新研究方向。它可能導致研究超導體的不同新方法。」
世界上優秀的科學家創造的「世界第六種物質形態」，不僅僅是理論物理研究的邁出的一大步，而且呢，在實際應用中也具有非常重要意義。它將有助於下一代超導體的誕生。下一代的超導體技術在很多領域和學科中都具有重要作用。