Kondenzirani Bose-Einsteinov izvor, lastnosti in aplikacije



The Bose-Einsteinov kondenzat gre za stanje snovi, ki se v določenih delcih pojavi pri temperaturah blizu absolutne ničle. Dolgo časa je veljalo, da so samo tri možna agregacijska stanja snovi trdna, tekoča in plinasta.

Nato smo odkrili četrto stanje: plazma; in Bose-Einsteinov kondenzat velja za peto državo. Značilna lastnost je, da se delci kondenzata obnašajo kot veliki kvantni sistem namesto, kot običajno (kot množica posameznih kvantnih sistemov ali kot skupina atomov)..

Z drugimi besedami, lahko rečemo, da se celoten niz atomov, ki sestavljajo Bose-Einsteinov kondenzat, obnaša kot en sam atom..

Indeks

  • 1 Izvor
  • 2 Pridobivanje
    • 2.1 Bozoni
    • 2.2 Vsi atomi so isti atom
  • 3 Lastnosti
  • 4 Aplikacije
    • 4.1 Kondenzirana Bose-Einsteinova in kvantna fizika
  • 5 Reference

Izvor

Podobno kot številna najnovejša znanstvena odkritja je obstoj kondenzata teoretično izpeljan pred empiričnimi dokazi o njegovem obstoju..

Tako so Albert Einstein in Satyendra Nath Bose teoretično napovedali ta pojav v skupni publikaciji v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, in sicer najprej za fotone in za hipotetične plinaste atome..

Dokaz njegovega resničnega obstoja ni bil mogoč do pred nekaj desetletji, ko je bilo mogoče vzorec ohladiti na dovolj nizke temperature, da se dokaže, da so predvidene enačbe resnične.

Pridobivanje

Bose-Einsteinov kondenzat so leta 1995 pridobili Eric Cornell, Carlo Wieman in Wolfgang Ketterle, ki bodo zaradi tega delili Nobelovo nagrado za fiziko leta 2001.

Za doseganje Bose-Einsteinovega kondenzata so uporabili vrsto eksperimentalnih tehnik v atomski fiziki, s katerimi so dosegli temperaturo 0,00000002 stopinje Kelvina nad absolutno ničlo (temperatura mnogo nižja od najnižje temperature v vesolju)..

Eric Cornell in Carlo Weiman sta te tehnike uporabila v razredčenem plinu, sestavljenem iz atomov rubidija; Wolfgang Ketterle jih je uporabil za kratkotrajno uporabo natrijevih atomov.

Bozoni

Ime bozon se uporablja v čast indijskemu fiziku Satyendri Nath Bose. V fiziki delcev se upoštevata dva osnovna tipa elementarnih delcev: bozoni in ferminioni.

Določa, ali je delček bozon ali fermion, ali je njegov spin celo število ali pol-celo število. Nazadnje, bozoni so delci, ki so odgovorni za prenos interakcijskih sil med fermioni.

To stanje kondenzata Bose-Einstein ima lahko samo bosonični delci: če so ohlajeni delci fermioni, se doseže fermijeva tekočina..

To je zato, ker bozoni, za razliko od fermionov, niso v skladu z Paulijevim izključitvenim načelom, ki navaja, da dva enaka delca ne moreta biti v istem kvantnem stanju hkrati..

Vsi atomi so isti atom

V Bose-Einsteinovem kondenzatu so vsi atomi popolnoma enaki. Na ta način je večina kondenziranih atomov na isti kvantni ravni, ki se spušča na najnižjo možno raven energije.

Z delitvijo istega kvantnega stanja in z enako (minimalno) energijo se atomi ne razlikujejo in se obnašajo kot en sam "superatom"..

Lastnosti

Dejstvo, da imajo vsi atomi enake lastnosti, pomeni vrsto določenih teoretičnih lastnosti: atomi imajo enako prostornino, razpršijo svetlobo enake barve in tvorijo homogen medij, med drugimi značilnostmi..

Te lastnosti so podobne tistim pri idealnem laserju, ki oddaja koherentno svetlobo (prostorsko in časovno), enakomerno, monokromatično, v kateri so vsi valovi in ​​fotoni popolnoma enaki in se gibljejo v isti smeri, zato idealno ne razsipati.

Aplikacije

Možnosti, ki jih ponuja to novo stanje materije, so številne, nekatere res neverjetne. Med aktualnimi ali razvijajočimi se najbolj zanimive aplikacije Bose-Einsteinovih kondenzatov:

- Njegova uporaba skupaj z atomskimi laserji za ustvarjanje visoko natančnih nano struktur.

- Odkrivanje intenzivnosti gravitacijskega polja.

- Proizvodnja atomskih ur je bolj natančna in stabilna od tistih, ki trenutno obstajajo.

- Simulacije v majhnem obsegu za proučevanje nekaterih kozmoloških pojavov.

- Uporaba superfluidnosti in superprevodnosti.

- Aplikacije, ki izhajajo iz pojava, znanega kot počasna svetloba ali počasna svetloba; na primer v teleportaciji ali na obetajočem področju kvantnega računalništva.

- Poglobitev znanja kvantne mehanike, izvajanje kompleksnejših in nelinearnih eksperimentov ter preverjanje nekaterih nedavno oblikovanih teorij. Kondenzati nudijo možnost rekreacije v laboratorijskih pojavih, ki se zgodijo v svetlobnih letih.

Kot lahko vidite, se lahko Bose-Einsteinovi kondenzati uporabljajo ne samo za razvoj novih tehnik, ampak tudi za izpopolnitev nekaterih že obstoječih tehnik..

Ne zaman nudijo veliko natančnosti in zanesljivosti, kar je mogoče zaradi faze koherentnosti v atomskem polju, kar omogoča veliko kontrolo časa in razdalj..

Zato bi lahko Bose-Einsteinovi kondenzati postali tako revolucionarni kot laserski, saj imajo skupne številne lastnosti. Vendar pa je velik problem, da se to zgodi, v temperaturi, pri kateri nastajajo ti kondenzati.

Težava je tako v tem, kako zapletena je njihova pridobitev, kot tudi v njihovem dragem vzdrževanju. Zato se večina prizadevanj trenutno osredotoča predvsem na njeno uporabo na temeljne raziskave.

Kondenzirana Bose-Einsteinova in kvantna fizika

Predstavitev obstoja Bose-Einsteinovega kondenzata je ponudila novo in pomembno orodje za preučevanje novih fizikalnih pojavov na zelo različnih področjih..

Nobenega dvoma ni, da njegova koherenca na makroskopski ravni olajšuje študij, razumevanje in predstavitev zakonov kvantne fizike..

Vendar pa je dejstvo, da so temperature, ki so blizu absolutni ničli, potrebne za doseganje tega stanja snovi, resna neprijetnost, da bi kar najbolje izkoristili njene neverjetne lastnosti..

Reference

  1. Kondenzat Bose-Einsteina (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 6. aprila 2018 s strani es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einsteinov kondenzat. (n.d.) V Wikipediji. Pridobljeno 6. aprila 2018, z en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell in Carl Wieman (1998). Zgoščeni Bose-Einstein, "Raziskave in znanost".
  4. A. Cornell in C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Scientific American.
  5. Bosón (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 6. aprila 2018 s strani es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 6. aprila 2018, z en.wikipedia.org.