BOSE-EINŠTEINO KONDENSATAS: SAVYBĖS IR PRITAIKYMAS - FIZINIS - 2025

Bose-Einšteino kondensatas yra medžiaga, kuriai būklė, kuri atsiranda tam tikrais dalelių esant temperatūrai šalia absoliutaus nulio. Ilgą laiką buvo manoma, kad vienintelės trys galimos materijos sankaupos būsenos yra kieta, skysta ir dujos.

Tada buvo atrasta ketvirta būsena: plazma; o Bose-Einšteino kondensatas laikomas penktąja būsena. Būdinga savybė yra tai, kad kondensato dalelės elgiasi kaip didelė kvantinė sistema, o ne kaip paprastai (kaip atskirų kvantinių sistemų rinkinys arba kaip atomų grupė).

Kitaip tariant, galima sakyti, kad visas atomų rinkinys, sudarantis Bose-Einšteino kondensatą, elgiasi taip, lyg jis būtų vienas atomas.

Kilmė

Kaip ir daugelis naujausių mokslinių atradimų, teoriškai kondensato egzistavimas buvo išspręstas dar prieš tai, kai nebuvo empirinių jo egzistavimo įrodymų.

Tai buvo Albertas Einšteinas ir Satyendra Nath'as Bose'as, kurie teoriškai numatė šį reiškinį 1920 m. Bendrame leidinyje. Jie pirmiausia tai darė dėl fotonų, o paskui dėl hipotetinių dujinių atomų.

Parodyti realų jų egzistavimą buvo neįmanoma tik prieš kelis dešimtmečius, kai mėginys buvo atšaldomas iki pakankamai žemos temperatūros, kad būtų galima įsitikinti, ar tikėtinos lygtys yra teisingos.

Satyendra Nath Bose

Gavimas

Bose-Einšteino kondensatą 1995 m. Išgavo Ericas Cornelis, Carlo Wiemanas ir Wolfgangas Ketterle'as, kurie jo dėka pasidalins 2001 m. Nobelio fizikos premiją.

Norėdami pasiekti kondensatą, Bose-Einšteinas pasirinko keletą atominės fizikos eksperimentinių metodų, su kuriais jiems pavyko pasiekti 0,00000002 laipsnių Kelvino temperatūrą aukščiau absoliutaus nulio (temperatūra daug žemesnė už žemiausią matytą kosmoso temperatūrą). .

Erikas Kornelis ir Carlo Weimanas šiuos metodus naudojo praskiestose dujose, sudarytose iš rubidžio atomų; savo ruožtu, Wolfgangas Ketterle'as juos netrukus uždėjo ant natrio atomų.

Bosonai

Bosono vardas vartojamas Indijoje gimusios fiziko Satyendra Nath Bose garbei. Dalelių fizikoje nagrinėjami du pagrindiniai elementariųjų dalelių tipai: bozonai ir ferminionai.

Tai, ar dalelė yra bozonas, ar fermionas, lemia, ar jos sukinys yra sveikasis, ar pusinis sveikasis skaičius. Galiausiai bozonai yra dalelės, atsakingos už fermionų sąveikos jėgų perdavimą.

Tik Bosono dalelės gali turėti tokią Bose-Einšteino kondensato būseną: jei aušinamos dalelės yra fermionai, tai, kas pasiekiama, vadinama Fermi skysčiu.

Taip yra todėl, kad bozonai, skirtingai nei fermionai, neprivalo atitikti Paulio išskyrimo principo, kuris teigia, kad dvi identiškos dalelės negali būti tuo pačiu kvantinės būklės tuo pačiu metu.

Visi atomai yra tas pats atomas

Bose-Einšteino kondensate visi atomai yra visiškai vienodi. Tokiu būdu dauguma kondensato atomų yra tame pačiame kvantiniame lygyje, nusileidžiant iki žemiausio įmanomo energijos lygio.

Dalydamiesi ta pačia kvantine būsena ir visi turėdami tą pačią (minimalią) energiją, atomai yra neatskiriami ir elgiasi kaip vienas „super atomas“.

Savybės

Tai, kad visi atomai turi identiškas savybes, reiškia, kad egzistuoja tam tikros teorinės savybės: atomai užima tą patį tūrį, tos pačios spalvos sklaidoji šviesa ir, be kitų savybių, yra vienalytė terpė.

Šios savybės yra panašios į idealaus lazerio, skleidžiančio koherentinę šviesą (erdviniu ir laiko atžvilgiu), vienodą, monochromatinę, kurioje visos bangos ir fotonai yra absoliučiai vienodi ir juda ta pačia kryptimi, taigi, idealiu atveju išsisklaidyti.

Programos

Šios naujos materijos būklės teikia daugybę galimybių, kurios tikrai yra nuostabios. Tarp dabartinių ar rengiamų įdomiausių Bose-Einšteino kondensatų taikymo būdų yra šie:

- Jo naudojimas kartu su atomų lazeriais sukuriant labai tikslias nanostruktūras.

- Gravitacinio lauko intensyvumo nustatymas.

- Gaminti tikslesnius ir stabilesnius atominius laikrodžius nei dabar.

- Mažos apimties modeliavimas tam tikriems kosmologiniams reiškiniams tirti.

- Superlaidumo ir superlaidumo pritaikymas.

- Pritaikymai, kylantys iš reiškinio, vadinamo lėtu arba lėtu apšvietimu; pavyzdžiui, teleportacijoje ar perspektyviame kvantinio skaičiavimo lauke.

- Kvantinės mechanikos žinių gilinimas, sudėtingesnių ir netiesinių eksperimentų atlikimas, taip pat tam tikrų neseniai suformuluotų teorijų patikrinimas. Kondensatas suteikia galimybę laboratorijose atkurti reiškinius, kurie atsiranda po kelių metų.

Kaip matyti, Bose-Einstein kondensatai gali būti naudojami ne tik kuriant naujus metodus, bet ir tobulinant kai kuriuos jau egzistuojančius metodus.

Ne veltui jie siūlo didelį tikslumą ir patikimumą, o tai įmanoma dėl jų fazių darnos atominiame lauke, palengvinančio puikų laiko ir atstumų valdymą.

Todėl Bose-Einšteino kondensatai gali būti tokie revoliucingi, kaip kadaise buvo pats lazeris, nes jie turi daug bendrų savybių. Tačiau didelė problema, kad tai įvyks, yra temperatūra, kurioje šie kondensatai gaminami.

Taigi sunkumai kyla tiek dėl to, kaip sudėtinga juos įsigyti, tiek dėl brangios jų priežiūros. Dėl visų šių priežasčių šiuo metu daugiausia pastangų skiriama jo taikymui pagrindiniams tyrimams.

Boso-Einšteino kondensatai ir kvantinė fizika

Bose-Einšteino kondensatų egzistavimo įrodymas pasiūlė svarbią naują priemonę tyrinėjant naujus fizikinius reiškinius labai įvairiose vietose.

Nėra abejonės, kad jo darna makroskopiniu lygmeniu palengvina ir tyrimą, ir kvantinės fizikos dėsnių supratimą, ir jų demonstravimą.

Tačiau faktas, kad norint pasiekti tokią materijos būseną būtina artima absoliučiai nuliui, yra rimtas trūkumas, norint geriau išnaudoti jo neįtikėtinas savybes.

Nuorodos

1. Bose - Einšteino kondensatas (nd). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Balandžio 6 d. Iš es.wikipedia.org.
2. Bosas - Einšteino kondensatas. (nd) Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Balandžio 6 d. Iš en.wikipedia.org.
3. Erikas Kornelis ir Carlas Wiemanas (1998). Bose-Einšteino kondensatai, „Tyrimai ir mokslas“.
4. A. Cornell ir CE Wieman (1998). „Boso - Einšteino kondensatas“. Mokslinis amerikietis.
5. Bosonas (nd). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Balandžio 6 d. Iš es.wikipedia.org.
6. Bosonas (nd). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Balandžio 6 d. Iš en.wikipedia.org.