Bose Einstein-kondensat (CBE) är ett tillstånd av aggregering, precis som de vanliga tillstånden: gasformigt, flytande och fast, men som äger rum vid extremt låga temperaturer, mycket nära absolut noll.
Den består av partiklar som kallas bosoner, som vid dessa temperaturer är belägna i det lägsta energitillståndet, kallat grundläggande stat. Albert Einstein förutspådde denna omständighet 1924, efter att ha läst tidningarna som skickades till honom av den hinduiska fysikern Satyendra Bose om statistik över fotoner..
Det är inte lätt att få de nödvändiga temperaturerna i laboratoriet för bildandet av Bose-Einstein-kondensatet, så det var nödvändigt att vänta till 1995 för att få den nödvändiga tekniken.
Det året lyckades de nordamerikanska fysikerna Eric Cornell och Carl Wieman (University of Colorado) och senare den tyska fysikern Wolfgang Ketterle (MIT) observera de första kondensaten från Bose-Einstein. Colorado-forskarna använde rubidium-87, medan Ketterle gjorde det genom en mycket utspädd gas av natriumatomer..
Tack vare dessa experiment, som öppnade dörrarna för nya forskningsområden inom materiens natur, fick Ketterle, Cornell och Wieman Nobelpriset 2001..
Och det är att de mycket låga temperaturerna gör det möjligt för atomerna hos en gas med vissa egenskaper att bilda ett så ordnat tillstånd att de alla lyckas få samma reducerade energi och rörelse, något som inte händer i vanligt material..
Låt oss titta på de viktigaste egenskaperna hos Bose-Einstein-kondensat:
När du har en gas innesluten i en behållare håller partiklarna som komponerar den normalt tillräckligt avstånd från varandra och samverkar väldigt lite, förutom enstaka kollisioner mellan dem och med behållarens väggar. Därifrån härrör den välkända modellen för idealgas.
Partiklarna är emellertid i permanent termisk omrörning, och temperaturen är den avgörande parametern som definierar hastigheten: ju högre temperatur, desto snabbare rör sig de..
Och medan hastigheten för varje partikel kan variera, förblir systemets medelhastighet konstant vid en given temperatur..
Nästa viktiga faktum är att materien består av två typer av partiklar: fermioner och bosoner, differentierade med spinn (inneboende vinkelmoment), en helt kvantkvalitet..
Elektronen är till exempel en fermion med semi-heltal snurr, medan bosoner har ett heltal snurr, vilket gör deras statistiska beteende annorlunda..
Fermioner vill vara annorlunda och det är därför de följer Pauli-uteslutningsprincipen, enligt vilken det inte kan finnas två fermioner i atomen med samma kvanttillstånd. Av denna anledning är elektronerna placerade i olika atomorbitaler och upptar således inte samma kvanttillstånd.
Å andra sidan följer inte bosoner exkluderingsprincipen, så de har inga problem att uppta samma kvanttillstånd.
Ett annat viktigt faktum för att förstå CBE är materiens dubbla natur: våg och partikel samtidigt..
Både fermioner och bosoner kan beskrivas som en våg med en viss förlängning i rymden. Våglängd λ av denna våg är relaterad till dess Momentum eller fart sid, genom De Broglie-ekvationen:
Där h är Plancks konstant, vars värde är 6,62607015 × 10-3. 4 J.s.
Vid förhöjda temperaturer dominerar termisk omrörning, vilket innebär att momentum sid är stor och våglängden λ är liten. Atomer visar således sina egenskaper som partiklar.
Men när temperaturen sjunker minskar den termiska omrörningen och därmed fart, vilket får våglängden att öka och vågegenskaperna råder. Partiklarna är således inte längre lokaliserade, eftersom respektive vågor ökar i storlek och överlappar varandra..
Det finns en viss kritisk temperatur under vilken bosonerna hamnar i marktillstånd, vilket är det tillstånd som har lägst energi (det är inte 0). Det är då kondens uppstår.
Resultatet är att de bosoniska atomerna inte längre kan särskiljas och systemet blir en slags superatom, beskriven av en enda vågfunktion. Det motsvarar att titta på det genom en kraftfull förstoringslins med vilken dess detaljer kan uppskattas.
Svårigheten med experimentet ligger i att hålla systemet vid temperaturer tillräckligt låga så att de Broglie-våglängden förblir hög..
Colorado-forskarna uppnådde detta genom att använda ett laserkylsystem, som består av att slå provet på atomer med sex strålar av laserljus för att plötsligt sakta ner dem och därmed drastiskt minska deras termiska omrörning..
Sedan fångades de kallare och långsammare atomerna av ett magnetfält, så att de snabbare flyr för att ytterligare kyla systemet..
Atomerna som begränsades på detta sätt lyckades bilda, för korta ögonblick, en liten droppe CBE, som varade tillräckligt länge för att registreras i en bild..
CBE-applikationer är för närvarande i full utveckling och det kommer fortfarande att dröja innan de realiseras..
Att upprätthålla enhetlighet i kvantdatorer är inte en lätt uppgift, varför CBE har föreslagits för att upprätthålla informationsutbyte mellan enskilda kvantdatorer..
Ljusets hastighet i vakuum är en konstant natur, även om dess värde i andra medier, såsom vatten, kan vara annorlunda.
Tack vare CBE är det möjligt att kraftigt minska ljusets hastighet, upp till 17 m / s, enligt vissa experiment. Det är något som inte bara gör det möjligt för oss att gå ännu djupare in i studiet av ljusets natur utan också dess användning i kvantberäkning för att lagra information.
Kalla atomer tillåter skapandet av mycket exakta atomur, som upplever minimala förseningar under långa perioder i storleksordningen miljoner år, mycket användbara egenskaper vid synkronisering av GPS-system..
De atomkrafter som genereras i kondensatet kan hjälpa till att simulera de förhållanden under vilka fysiska processer förekommer inom några anmärkningsvärda föremål i universum, såsom neutronstjärnor och svarta hål..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.