BOSE-EINSTEIN-KONDENSAATTI: OMINAISUUDET JA SOVELLUKSET - FYYSINEN - 2026

Bose-Einsteinin kondensaatti on olomuoto, joka esiintyy tiettyjen hiukkasten lämpötiloissa lähellä absoluuttista nollapistettä. Kauan ajateltiin, että aineen aggregaation ainoat kolme mahdollista tilaa olivat kiinteät, nestemäiset ja kaasut.

Sitten löydettiin neljäs tila: plasma; ja Bose-Einstein-kondensaattia pidetään viidentenä tilana. Tyypillinen ominaisuus on, että kondensaatin hiukkaset käyttäytyvät suuremman kvantijärjestelmän sijasta kuin yleensä (yksittäisten kvantijärjestelmien ryhmänä tai atomien ryhmänä).

Toisin sanoen voidaan sanoa, että koko atomien joukko, jotka muodostavat Bose-Einsteinin kondensaatin, käyttäytyy kuin se olisi yksi atomi.

alkuperä

Kuten monet viimeisimmät tieteelliset havainnot, lauhteen olemassaolo pääteltiin teoreettisesti ennen sen olemassaolosta empiiristä näyttöä.

Siksi Albert Einstein ja Satyendra Nath Bose ennustelivat tämän ilmiön teoreettisesti yhteisjulkaisussa 1920-luvulla. He tekivät niin ensin fotonien ja sitten hypoteettisten kaasumaisten atomien osalta.

Niiden todellisen olemassaolon osoittaminen oli ollut mahdollista vasta muutama vuosikymmen sitten, kun näyte jäähdytettiin riittävän alhaisiin lämpötiloihin varmistaakseen, että odotetut yhtälöt olivat totta.

Satyendra Nath Bose

Saada

Bose-Einstein-kondensaatin hankkivat vuonna 1995 Eric Cornell, Carlo Wieman ja Wolfgang Ketterle, jotka antoivat sen ansiosta vuoden 2001 fysiikan Nobel-palkinnon.

Bose-Einstein -kondensaatin saavuttamiseksi he turvautuivat joukkoon atomifysiikan kokeellisia tekniikoita, joiden avulla he pystyivät saavuttamaan lämpötilan 0,00000002 Kelvin-astetta absoluuttisen nollan yläpuolelle (lämpötila paljon matalampi kuin avaruudessa havaittu alin lämpötila)..

Eric Cornell ja Carlo Weiman käyttivät näitä tekniikoita laimeassa kaasussa, joka koostui rubidiumatomista; puolestaan ​​Wolfgang Ketterle levitti niitä pian sen jälkeen natriumatomeihin.

bosonit

Bosonin nimeä käytetään intialaissyntyisen fyysikon Satyendra Nath Bose kunniaksi. Hiukkasfysiikassa tarkastellaan kahta perustyyppiä alkuainehiukkasia: bosoneja ja ferminioneja.

Se, onko partikkeli bosonia vai fermionia, määrittää sen spin on kokonaisluku vai puoli kokonaislukua. Viime kädessä bosonit ovat hiukkasia, jotka vastaavat fermionien välisten vuorovaikutusvoimien välittämisestä.

Vain bosonihiukkasilla voi olla tämä Bose-Einstein-kondensaatin tila: jos jäähdytetyt hiukkaset ovat fermioneja, mitä saavutetaan, kutsutaan Fermi-nesteeksi.

Tämä johtuu siitä, että bosonien, toisin kuin fermioneiden, ei tarvitse täyttää Paulin poissulkemisperiaatetta, jonka mukaan kaksi identtistä hiukkasta ei voi olla samassa kvanttilassa samanaikaisesti.

Kaikki atomit ovat sama atomi

Bose-Einstein-kondensaatissa kaikki atomit ovat ehdottomasti samat. Tällä tavoin suurin osa lauhteen atomista on samalla kvantitasolla laskeutuen matalimpaan mahdolliseen energiatasoon.

Jakamalla sama kvanttila ja kaikilla on sama (minim) energia, atomit eivät ole erotettavissa ja käyttäytyvät yhtenä “superatomina”.

ominaisuudet

Se tosiasia, että kaikilla atomeilla on identtiset ominaisuudet, edellyttää joukko tiettyjä teoreettisia ominaisuuksia: atomit miehittävät saman tilavuuden, ne sirottavat samanväristä valoa ja muodostuu homogeeninen väliaine muiden ominaisuuksien joukossa.

Nämä ominaisuudet ovat samanlaisia ​​kuin ihanteellisella laserilla, joka emittoi koherenttia valoa (alueellisesti ja ajallisesti), yhtenäistä, yksiväristä, jossa kaikki aallot ja fotonit ovat ehdottomasti yhtä suuret ja liikkuvat samaan suuntaan, joten ihanteellisesti hälvenemään.

Sovellukset

Tämän uuden aineen tilan tarjoamat mahdollisuudet ovat monia, jotkut todella uskomattomia. Bose-Einstein-kondensaattien mielenkiintoisimpia sovelluksia ovat nykyiset tai kehitteillä olevat:

- Sen käyttö yhdessä atomilazerien kanssa korkean tarkkuuden nanorakenteiden luomiseksi.

- Gravitaatiokentän voimakkuuden havaitseminen.

- Valmistetaan nykyistä tarkempia ja stabiilimpia atomikelloja.

- Pienimuotoiset simulaatiot tiettyjen kosmologisten ilmiöiden tutkimiseksi.

- Superfluiditeetin ja suprajohtavuuden sovellukset.

- Sovellukset, jotka johdetaan ilmiöstä, joka tunnetaan nimellä hidas valo tai hidas valo; esimerkiksi teleportaatiossa tai kvanttilaskennan lupaavassa kentässä.

- Kvanttimekaniikan tietämyksen syventäminen, monimutkaisempien ja epälineaaristen kokeiden suorittaminen sekä tiettyjen äskettäin muotoiltujen teorioiden todentaminen. Kondensaatit tarjoavat mahdollisuuden luoda uudelleen laboratorioissa valovuosien päässä tapahtuvia ilmiöitä.

Kuten voidaan nähdä, Bose-Einstein-kondensaatteja voidaan käyttää paitsi uusien tekniikoiden kehittämiseen, myös myös jo olemassa olevien tekniikoiden hienosäätöön.

Ei turhaan ne tarjoavat suurta tarkkuutta ja luotettavuutta, mikä on mahdollista niiden vaihejohdonmukaisuuden vuoksi atomikentässä, mikä helpottaa ajan ja etäisyyksien suurta hallintaa.

Siksi Bose-Einsteinin kondensaatit voivat olla yhtä vallankumouksellisia kuin itse laser itse, koska niillä on monia yhteisiä ominaisuuksia. Suuri ongelma tämän tapahtumiseksi on kuitenkin lämpötila, jossa nämä kondensaatit tuotetaan.

Siksi vaikeus on sekä niiden hankkimisen monimutkaisuudessa että niiden kalliissa ylläpidossa. Kaikista näistä syistä suurin osa ponnisteluista keskittyy tällä hetkellä sen soveltamiseen perustutkimukseen.

Bose-Einsteinin kondensaatit ja kvanttifysiikka

Bose-Einstein -kondensaattien olemassaolon osoittaminen on tarjonnut tärkeän uuden työkalun uusien fysikaalisten ilmiöiden tutkimiseksi hyvin erilaisilla alueilla.

Ei ole epäilystäkään siitä, että sen johdonmukaisuus makroskooppisella tasolla helpottaa sekä tutkimusta että kvanttifysiikan lakien ymmärtämistä ja demonstrointia.

Tosiasia, että lämpötilat lähellä absoluuttista nollaa ovat välttämättömiä tämän aineen tilan saavuttamiseksi, on vakava haittapuoli, jotta saadaan enemmän irti sen uskomattomista ominaisuuksista.

Viitteet

1. Bose - Einsteinin kondensaatti (toinen). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
2. Bose - Einstein tiivistyy. (nd) Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018, en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell ja Carl Wieman (1998). Bose-Einsteinin kondensaatit, "Tutkimus ja tiede".
4. A. Cornell ja CE Wieman (1998). "Bose - Einsteinin kondensaatti". Tieteellinen amerikkalainen.
5. Boson (toinen). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
6. Boson (toinen). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018, en.wikipedia.org.