BOSE-EINSTEIN KONDENZAT: SVOJSTVA I PRIMJENA - FIZIČKA - 2024

Bose-Einstein kondenzat je stanje materije koja se javlja u određenim česticama pri temperaturama blizu apsolutnoj nuli. Dugo se smatralo da su jedina tri moguća stanja agregacije materije čvrsta, tekuća i plinovita.

Tada je otkriveno četvrto stanje: stanje plazme; a Bose-Einstein kondenzat se smatra petim stanjem. Karakteristično svojstvo je da se čestice u kondenzatu ponašaju kao veliki kvantni sustav, a ne kao obično (kao skup pojedinačnih kvantnih sustava ili kao skupina atoma).

Drugim riječima, može se reći da se čitav niz atoma koji čine Bose-Einsteinov kondenzat ponaša kao da je to jedan atom.

Podrijetlo

Kao i mnoštvo novijih znanstvenih otkrića, postojanje kondenzata teoretski je zaključeno prije nego što su postojali empirijski dokazi o njegovom postojanju.

Stoga su Albert Einstein i Satyendra Nath Bose teorijski predvidjeli ovaj fenomen u zajedničkoj publikaciji 1920. To su učinili prvo za fotone, a zatim za hipotetičke atome plinova.

Dokaz o njihovom stvarnom postojanju bio je moguć tek prije nekoliko desetljeća, kada je uzorak ohlađen na dovoljno niske temperature da se provjeri je li istina ono što su jednadžbe predviđale.

Satyendra Nath Bose

dobivanje

Kondenzat Bose-Einstein dobili su 1995. Eric Cornell, Carlo Wieman i Wolfgang Ketterle, koji će zahvaljujući njemu na kraju podijeliti Nobelovu nagradu za fiziku 2001. godine.

Da bi postigli Bose-Einsteinov kondenzat, pribjegli su se nizu eksperimentalnih tehnika atomske fizike, kojima su uspjeli postići temperaturu od 0,00000002 stupnja Kelvina iznad apsolutne nule (temperatura znatno niža od najniže temperature opažene u vanjskom prostoru)., Eric Cornell i Carlo Weiman koristili su ove tehnike na razrijeđenom plinu sastavljenom od atoma rubidija; sa svoje strane, Wolfgang Ketterle primijenio ih je nedugo zatim na natrijeve atome.

bozona

Ime bozon koristi se u čast fizičara rođenog Indijaca Satyendra Nath Bosea. U fizici čestica razmatraju se dvije osnovne vrste elementarnih čestica: bozoni i ferminioni.

Ono što određuje je li čestica bozon ili fermion je da li je njen spin cijeli ili polovina. U konačnici, bozoni su čestice zadužene za prijenos sila interakcije fermiona.

Samo bozonske čestice mogu imati ovo stanje Bose-Einsteinova kondenzata: ako su ohlađene čestice fermioni, ono što se postiže naziva se Fermijeva tekućina.

To je zato što bozoni, za razliku od fermiona, ne moraju ispunjavati Pauli-ovo načelo isključenja, koje kaže da dvije identične čestice ne mogu istovremeno biti u istom kvantnom stanju.

Svi atomi su isti atom

U Bose-Einsteinovom kondenzatu svi su atomi apsolutno isti. Na ovaj način, većina atoma u kondenzatu nalazi se na istoj kvantnoj razini, spuštajući se na najnižu moguću energetsku razinu.

Dijeleći to isto kvantno stanje i svi koji imaju istu (minimalnu) energiju, atomi se ne razlikuju i ponašaju se kao jedan "super atom".

Svojstva

Činjenica da svi atomi imaju identična svojstva pretpostavlja niz određenih teorijskih svojstava: atomi zauzimaju isti volumen, oni raspršuju svjetlost iste boje i, među ostalim karakteristikama, nastaje homogeni medij.

Ova svojstva su slična onima idealnog lasera koji emitira koherentnu svjetlost (prostorno i vremenski), jednoliku, jednobojnu, u kojoj su svi valovi i fotoni apsolutno jednaki i kreću se u istom smjeru, stoga idealno ne trošiti.

Prijave

Mogućnosti koje nudi ovo novo stanje su brojne, neke uistinu zadivljujuće. Među trenutačnim ili u razvoju najzanimljivije primjene Bose-Einstein kondenzata su sljedeće:

- Njegova upotreba zajedno s atomskim laserima za stvaranje visoko preciznih nano-struktura.

- Detekcija intenziteta gravitacijskog polja.

- Izrada preciznijih i stabilnijih atomskih satova od onih koji trenutno postoje.

- Simulacije malih razmjera za proučavanje određenih kozmoloških pojava.

- Primjene nad fluidnosti i supravodljivosti.

- aplikacije proizašle iz fenomena poznatog kao sporo svjetlo ili sporo svjetlo; na primjer, u teleportaciji ili u polju za kvantno računanje koje obećava.

- produbljivanje znanja kvantne mehanike, provođenje složenijih i nelinearnih eksperimenata, kao i provjera nekih nedavno formuliranih teorija. Kondenzati nude mogućnost rekreiranja pojava koje se javljaju svjetlosnim godinama daleko u laboratorijima.

Kao što se može vidjeti, Bose-Einstein kondenzati mogu se koristiti ne samo za razvoj novih tehnika, već i za pročišćavanje nekih tehnika koje već postoje.

Ne uzalud, oni nude veliku preciznost i pouzdanost, što je moguće zbog njihove fazne koherencije u atomskom polju, što omogućava veliku kontrolu vremena i udaljenosti.

Stoga bi Bose-Einstein kondenzati mogli biti jednako revolucionarni kao i sam laser nekada, jer imaju mnoga zajednička svojstva. Međutim, veliki problem da se to dogodi leži u temperaturi na kojoj se stvaraju ti kondenzati.

Dakle, poteškoća leži i u tome koliko je komplicirano dobiti ih i u njihovom skupoj održavanju. Iz svih ovih razloga, trenutno se većina napora usredotočuje na njegovu primjenu u osnovnim istraživanjima.

Bose-Einstein kondenzati i kvantna fizika

Dokaz postojanja Bose-Einstein kondenzata ponudio je važan novi alat za proučavanje novih fizičkih pojava u vrlo raznolikim područjima.

Nema sumnje da njegova koherencija na makroskopskoj razini olakšava proučavanje i razumijevanje i demonstraciju zakona kvantne fizike.

Međutim, činjenica da su temperature bliske apsolutnoj nuli potrebne za postizanje ovakvog stanja materije ozbiljan je nedostatak da se što više izvuče iz njegovih nevjerojatnih svojstava.

Reference

1. Bose - Einsteinov kondenzat (drugi). Na Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
2. Bose - Einstein kondenzira. (nd) U Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell i Carl Wieman (1998). Bose-Einstein kondenzati, "Istraživanje i znanost."
4. A. Cornell i CE Wieman (1998). "Bose - Einsteinov kondenzat". Znanstveni američki.
5. Boson (drugi). Na Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
6. Boson (drugi). Na Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s en.wikipedia.org.