Kondenzirano Bose-Einsteinovo podrijetlo, svojstva i primjena



Bose-Einsteinov kondenzat to je stanje materije koje se javlja u određenim česticama na temperaturama blizu apsolutne nule. Dugo vremena smatralo se da su samo tri moguća agregatna stanja tvari čvrsta, tekuća i plinovita.

Tada je otkriveno četvrto stanje: plazma; a Bose-Einsteinov kondenzat se smatra petom državom. Karakteristično svojstvo je da se čestice kondenzata ponašaju kao veliki kvantni sustav umjesto kao što obično rade (kao skup pojedinačnih kvantnih sustava ili kao grupiranje atoma).

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

indeks

  • 1 Podrijetlo
  • 2 Dobivanje
    • 2.1 Bozoni
    • 2.2 Svi atomi su isti atom
  • 3 Svojstva
  • 4 Aplikacije
    • 4.1 Kondenzirana Bose-Einsteinova i kvantna fizika
  • 5 Reference

izvor

Kao i mnoga najnovija znanstvena otkrića, postojanje kondenzata teoretski je izvedeno prije nego je došlo do empirijskih dokaza o njegovom postojanju..

Tako su Albert Einstein i Satyendra Nath Bose teoretski predvidjeli ovaj fenomen u zajedničkom izdanju 1920. Oni su to učinili najprije za slučaj fotona, a zatim za slučaj hipotetskih plinovitih atoma..

Pokazivanje njegovog stvarnog postojanja nije bilo moguće prije nekoliko desetljeća, kada je bilo moguće ohladiti uzorak na dovoljno niskim temperaturama da se dokaže da je ono što su očekivane jednadžbe istinite..

dobivanje

Bose-Einsteinov kondenzat dobili su 1995. godine Eric Cornell, Carlo Wieman i Wolfgang Ketterle koji će zahvaljujući tome podijeliti Nobelovu nagradu za fiziku 2001. godine.

Da bi se postigao Bose-Einsteinov kondenzat, koristili su niz eksperimentalnih tehnika u atomskoj fizici, s kojima su uspjeli doseći temperaturu od 0.00000002 stupnjeva Kelvina iznad apsolutne nule (temperatura mnogo niža od najniže temperature u vanjskom prostoru)..

Eric Cornell i Carlo Weiman koristili su ove tehnike u razrijeđenom plinu sastavljenom od atoma rubidija; Wolfgang Ketterle ih je s vremena na vrijeme primijenio na natrijeve atome.

Bozoni

Ime bozon koristi se u čast fizičara rođenog u Indiji Satyendre Nath Bose. U fizici čestica razmatraju se dvije osnovne vrste elementarnih čestica: bozoni i ferminije.

Ono što određuje je li čestica bozon ili fermion jest da li je njezin spin cijeli ili polu-cijeli broj. Na kraju, bozoni su čestice odgovorne za prijenos interakcijskih sila između fermiona.

Samo bozonske čestice mogu imati ovo stanje kondenzata Bose-Einstein: ako su čestice koje se hladi fermioni, ono što se postiže zove se Fermijeva tekućina..

To je tako zato što bozoni, za razliku od fermiona, ne moraju biti u skladu s Paulijevim principom isključenja, koji navodi da dvije identične čestice ne mogu biti u istom kvantnom stanju u isto vrijeme..

Svi atomi su isti atom

U Bose-Einsteinovom kondenzatu svi su atomi apsolutno jednaki. Na taj se način većina kondenziranih atoma nalazi na istoj kvantnoj razini, spuštajući se na najmanju moguću razinu energije.

Dijeleći to isto kvantno stanje i posjedujući svu istu (minimalnu) energiju, atomi se ne razlikuju i ponašaju se kao jedan "superatom".

nekretnine

Činjenica da svi atomi imaju identična svojstva pretpostavlja niz utvrđenih teorijskih svojstava: atomi zauzimaju isti volumen, raspršuju istu boju i čine homogeni medij, među ostalim značajkama.

Ta svojstva slična su onima idealnog lasera, koji emitira koherentnu svjetlost (prostorno i vremenski), jednoliku, monokromatsku, u kojoj su svi valovi i fotoni apsolutno jednaki i kreću se u istom smjeru, tako da idealno ne disipacije.

aplikacije

Mogućnosti koje nudi ovo novo stanje materije su mnoge, neke zaista nevjerojatne. Među sadašnjim ili razvojnim, najzanimljivije su primjene kondenzata Bose-Einstein:

- Koristi se zajedno s atomskim laserima za stvaranje visoko preciznih nano-struktura.

- Detekcija intenziteta gravitacijskog polja.

- Proizvodnja atomskih satova preciznija i stabilnija od onih koji trenutno postoje.

- Simulacije, u malom mjerilu, za proučavanje određenih kozmoloških pojava.

- Primjena superfluidnosti i supravodljivosti.

- Primjene proizlaze iz fenomena poznatog kao sporo svjetlo ili sporo svjetlo; na primjer, u teleportaciji ili u obećavajućem području kvantnog računanja.

- Produbljivanje znanja kvantne mehanike, provođenje složenijih i nelinearnih eksperimenata, kao i provjera određenih nedavno formuliranih teorija. Kondenzati pružaju mogućnost rekreacije u laboratorijima pojave koje se događaju na svjetlosne godine.

Kao što možete vidjeti, Bose-Einsteinovi kondenzati mogu se koristiti ne samo za razvoj novih tehnika, već i za usavršavanje nekih već postojećih tehnika..

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

Dakle, Bose-Einsteinovi kondenzati mogli bi postati revolucionarni kao i laserski, jer imaju mnoga zajednička svojstva. Međutim, veliki problem za to je u temperaturi na kojoj se proizvode ti kondenzati.

Stoga, poteškoća leži u tome koliko je komplicirano dobiti ih i u njihovom skupom održavanju. Stoga se većina napora trenutno uglavnom usredotočuje na njezinu primjenu na temeljna istraživanja.

Kondenzirana Bose-Einsteinova i kvantna fizika

Pokazivanje postojanja kondenzata Bose-Einstein ponudilo je novo i važno sredstvo za proučavanje novih fizičkih fenomena u vrlo različitim područjima.

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

Međutim, činjenica da su temperature blizu apsolutne nule nužne da bi se postiglo ovo stanje materije je ozbiljna neugodnost da izvučete najviše iz svojih nevjerojatnih svojstava..

reference

  1. Kondenzat Bose-Einsteina (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einsteinov kondenzat. (n.d.) U Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell i Carl Wieman (1998). Kondenzirani Bose-Einstein, "Istraživanje i znanost".
  4. A. Cornell i C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Scientific American.
  5. Bosón (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 6. travnja 2018. s en.wikipedia.org.