Bose Einstein-kondensat (CBE) er en tilstand av aggregering av materie, akkurat som de vanlige tilstandene: gassformig, flytende og fast, men som foregår ved ekstremt lave temperaturer, veldig nær absolutt null.
Den består av partikler som kalles bosoner, som ved disse temperaturene er lokalisert i den laveste energikvantumet, kalt grunnleggende tilstand. Albert Einstein spådde denne omstendigheten i 1924, etter å ha lest papirene som ble sendt til ham av den hinduistiske fysikeren Satyendra Bose om statistikken over fotoner..
Det er ikke lett å oppnå de nødvendige temperaturene i laboratoriet for dannelsen av Bose-Einstein-kondensatet, så det var nødvendig å vente til 1995 for å ha den nødvendige teknologien.
Det året klarte de nordamerikanske fysikerne Eric Cornell og Carl Wieman (University of Colorado) og senere den tyske fysikeren Wolfgang Ketterle (MIT) å observere de første Bose-Einstein-kondensatene. Colorado-forskerne brukte rubidium-87, mens Ketterle gjorde det gjennom en svært fortynnet gass av natriumatomer..
Takket være disse eksperimentene, som åpnet dørene for nye forskningsfelt innen materiens natur, mottok Ketterle, Cornell og Wieman Nobelprisen i 2001..
Og det er at de veldig lave temperaturene gjør det mulig for atomer av en gass med visse egenskaper å danne en så ordnet tilstand at de alle klarer å skaffe seg samme reduserte energi og bevegelsesmengde, noe som ikke skjer i vanlig materie..
La oss se på hovedegenskapene til Bose-Einstein-kondensat:
Når du har en gass i en beholder, holder partiklene som komponerer den normalt tilstrekkelig avstand fra hverandre, og samhandler veldig lite, bortsett fra sporadiske kollisjoner mellom dem og med beholderens vegger. Derfra stammer den velkjente ideelle gassmodellen.
Partiklene er imidlertid i permanent termisk omrøring, og temperatur er den avgjørende parameteren som definerer hastigheten: jo høyere temperatur, desto raskere beveger de seg..
Og mens hastigheten på hver partikkel kan variere, forblir systemets gjennomsnittshastighet konstant ved en gitt temperatur..
Det neste viktige faktum er at materie består av to typer partikler: fermioner og bosoner, differensiert med spinn (indre vinkelmoment), en helt kvantemessig kvalitet..
Elektronet er for eksempel en fermion med halvtallssnurr, mens bosoner har et heltalsnurr, noe som gjør deres statistiske oppførsel annerledes..
Fermjoner liker å være forskjellige, og det er derfor de adlyder Pauli-utelukkelsesprinsippet, ifølge hvilket det ikke kan være to fermioner i atomet med samme kvantetilstand. Av denne grunn er elektronene lokalisert i forskjellige atomorbitaler og opptar dermed ikke den samme kvantetilstanden.
På den annen side overholder bosoner seg ikke til utelukkelsesprinsippet, så de har ikke noe problem med å oppta samme kvantetilstand.
Et annet viktig faktum for å forstå CBE er materiens doble natur: bølge og partikkel samtidig..
Både fermioner og bosoner kan beskrives som en bølge med en viss utvidelse i rommet. Bølgelengde λ av denne bølgen er relatert til dens momentum eller momentum s, gjennom De Broglie-ligningen:
Hvor h er Plancks konstant, hvis verdi er 6,62607015 × 10-3. 4 J.s.
Ved høye temperaturer dominerer termisk omrøring, noe som betyr at momentum s er stor og bølgelengden λ er liten. Atomer viser dermed sine egenskaper som partikler.
Men når temperaturen synker, avtar den termiske omrøringen og med den fremdriften, noe som får bølgelengden til å øke og bølgeegenskapene råder. Dermed er ikke partiklene lenger lokaliserte, fordi de respektive bølgene øker i størrelse og overlapper hverandre..
Det er en viss kritisk temperatur der bosonene havner i grunntilstand, som er tilstanden med lavest energi (den er ikke 0). Dette er når kondens oppstår.
Resultatet er at de bosoniske atomer ikke lenger kan skilles og systemet blir et slags superatom, beskrevet av en enkelt bølgefunksjon. Det tilsvarer å se det gjennom et kraftig forstørrelsesglass som detaljene kan verdsettes med.
Vanskeligheten med eksperimentet ligger i å holde systemet ved lave temperaturer slik at de Broglie-bølgelengden forblir høy..
Colorado-forskerne oppnådde dette ved å bruke et laseravkjølingssystem, som består i å slå prøven av atomer frontalt med seks stråler med laserlys for å bremse dem langsomt og dermed drastisk redusere deres termiske uro..
Deretter ble de kaldere og langsommere atomer fanget av et magnetfelt, slik at de raskere slapp for å avkjøle systemet ytterligere..
Atomer begrenset på denne måten klarte, for korte øyeblikk, å danne en liten dråpe CBE, som varte lenge nok til å bli registrert i et bilde..
CBE-applikasjoner er for tiden i full utvikling, og det vil fortsatt ta litt tid før de blir til..
Å opprettholde konsistens i kvantedatamaskiner er ikke en enkel oppgave, og det er derfor CBE-er har blitt foreslått som et middel for å opprettholde informasjonsutveksling mellom individuelle kvantedatamaskiner..
Lysets hastighet i vakuum er en konstant natur, selv om verdien i andre medier, for eksempel vann, kan være forskjellig.
Takket være CBE er det mulig å redusere lysets hastighet, opptil 17 m / s, ifølge noen eksperimenter. Det er noe som ikke bare tillater oss å gå enda dypere inn i studiet av lysets natur, men også dets bruk i kvanteberegning for å lagre informasjon..
Kalde atomer tillater oppretting av svært presise atomur, som opplever minimale forsinkelser over lange perioder i størrelsesorden millioner av år, veldig nyttige egenskaper når du synkroniserer GPS-systemer..
Atomkreftene som genereres i kondensatet kan bidra til å simulere forholdene der fysiske prosesser forekommer i noen bemerkelsesverdige gjenstander i universet, for eksempel nøytronstjerner og sorte hull..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.