Asal-usul, sifat-sifat dan aplikasi Bose-Einstein yang dipadatkan



The Bose-Einstein kondensat ia adalah keadaan perkara yang berlaku dalam zarah-zarah tertentu pada suhu berhampiran dengan sifar mutlak. Untuk masa yang lama ia dianggap bahawa hanya tiga perkara agregasi perkara yang mungkin pepejal, cair dan gas.

Kemudian negeri keempat telah ditemui: plasma; dan kondensat Bose-Einstein dianggap keadaan kelima. Harta sifat adalah bahawa zarah-zarah kondensat berkelakuan sebagai sistem kuantum yang besar dan bukan seperti biasanya (sebagai satu set sistem kuantum individu atau sebagai kumpulan atom).

Dalam erti kata lain, boleh dikatakan bahawa keseluruhan atom yang membentuk Bose-Einstein condensate bertindak seolah-olah ia satu atom tunggal.

Indeks

  • 1 Asal
  • 2 Mendapatkan
    • 2.1 boson
    • 2.2 Semua atom adalah atom yang sama
  • 3 Hartanah
  • 4 Aplikasi
    • 4.1 Condensed Bose-Einstein dan fizik kuantum
  • 5 Rujukan

Asal

Seperti banyak penemuan saintifik yang paling terkini, kewujudan kondensat secara teoritis telah dikurangkan sebelum terdapat bukti empirikal kewujudannya.

Oleh itu, ia adalah Albert Einstein dan Satyendra Nath Bose yang secara teori meramalkan fenomena ini dalam penerbitan bersama pada tahun 1920. Mereka melakukannya terlebih dahulu untuk kes foton dan kemudian untuk kes atom gas hipotetikal.

Demonstrasi kewujudannya sebenarnya tidak mungkin sampai beberapa dekade yang lalu, ketika mungkin untuk menyejukkan sampel ke suhu cukup rendah untuk membuktikan bahwa apa persamaan yang diharapkan adalah benar.

Mendapatkan

Condensate Bose-Einstein diperoleh pada tahun 1995 oleh Eric Cornell, Carlo Wieman dan Wolfgang Ketterle yang, terima kasih kepada ini, akan berakhir berkongsi Hadiah Nobel untuk Fisika pada tahun 2001.

Untuk mencapai kondensat Bose-Einstein, mereka menggunakan satu siri teknik percubaan dalam fizik atom, yang mana mereka dapat mencapai suhu 0.00000002 darjah Kelvin di atas sifar mutlak (suhu lebih rendah daripada suhu terendah yang diamati di luar angkasa)..

Eric Cornell dan Carlo Weiman menggunakan teknik ini dalam gas cair yang terdiri daripada atom rubidium; Untuk pihaknya, Wolfgang Ketterle memohon mereka sebentar lagi pada atom natrium.

The bosons

Nama boson digunakan untuk menghormati ahli fizik kelahiran India, Satyendra Nath Bose. Dalam fizik zarah, dua jenis asas zarah asas dipertimbangkan: boson dan ferminion.

Apa yang menentukan sama ada zarah adalah boson atau fermion ialah sama ada spinnya adalah integer atau separuh integer. Pada akhirnya, boson adalah zarah yang bertanggungjawab untuk menghantar daya interaksi antara fermions.

Hanya zarah bosonik yang mempunyai keadaan Bose-Einstein ini kondensat: jika zarah-zarah yang disejukkan adalah fermion, apa yang dicapai disebut cecair Fermi..

Ini adalah kerana boson, tidak seperti fermion, tidak perlu mematuhi prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahawa dua zarah yang sama tidak boleh berada dalam keadaan kuantum yang sama pada masa yang sama.

Semua atom adalah atom yang sama

Dalam sebuah kondensat Bose-Einstein semua atom sama sekali sama. Dengan cara ini, kebanyakan atom pekat berada pada tahap kuantum yang sama, menurun ke tahap tenaga terendah.

Dengan berkongsi keadaan kuantum yang sama dan mempunyai semua (minimum) tenaga yang sama, atom tidak dapat dibezakan dan berkelakuan sebagai satu "superatom".

Hartanah

Hakikat bahawa semua atom mempunyai sifat-sifat yang sama mengandaikan satu siri sifat teori yang ditentukan: atom menduduki jumlah yang sama, menyebarkan cahaya warna yang sama dan membentuk medium homogen, antara ciri-ciri lain.

Ciri-ciri ini serupa dengan laser ideal, yang memancarkan cahaya yang koheren (spasial dan temporally), seragam, monokromatik, di mana semua gelombang dan foton sama-sama sama dan bergerak ke arah yang sama, dengan itu tidak idealnya hilang.

Permohonan

Kemungkinan yang ditawarkan oleh keadaan baru ini banyak, sesetengahnya sangat menakjubkan. Antara yang sedang atau sedang membangun, aplikasi yang paling menarik bagi kondensat Bose-Einstein adalah seperti berikut:

- Penggunaannya bersama-sama dengan laser atom untuk menghasilkan struktur nano-ketepatan tinggi.

- Pengesanan keamatan medan graviti.

- Pengilangan jam atom lebih tepat dan stabil daripada yang ada sekarang.

- Simulasi, secara kecil-kecilan, untuk mengkaji fenomena kosmologi tertentu.

- Permohonan superfluiditi dan superkonduktiviti.

- Aplikasi yang diperoleh daripada fenomena yang dikenali sebagai cahaya perlahan atau cahaya perlahan; sebagai contoh, dalam teleportasi atau dalam bidang pengkomputeran kuantum yang cerah.

- Memperdalam pengetahuan mekanik kuantum, menjalankan eksperimen yang lebih rumit dan tidak linear, serta pengesahan teori-teori tertentu yang baru-baru ini dirumuskan. Kondensat menawarkan kemungkinan untuk mencipta semula fenomena makmal yang berlaku pada tahun-tahun yang ringan.

Seperti yang anda lihat, kondensat Bose-Einstein boleh digunakan bukan sahaja untuk membangunkan teknik baru, tetapi juga untuk menyempurnakan beberapa teknik yang sudah ada.

Tidak sia-sia mereka menawarkan ketepatan dan kebolehpercayaan yang tinggi, yang mungkin disebabkan oleh kesesuaian fasa mereka dalam bidang atom, yang memudahkan kawalan masa dan jarak yang besar.

Oleh itu, kondensat Bose-Einstein boleh menjadi seperti revolusioner kerana laser itu sendiri, kerana ia mempunyai banyak sifat yang sama. Walau bagaimanapun, masalah besar untuk ini berlaku terletak pada suhu di mana kondensat ini dihasilkan.

Oleh itu, kesukaran terletak pada bagaimana rumitnya untuk mendapatkannya dan dalam penyelenggaraannya yang mahal. Oleh itu, sebahagian besar usaha kini memfokus pada penerapannya kepada penyelidikan asas.

Bose-Einstein pekat dan fizik kuantum

Demonstrasi keberadaan kondensat Bose-Einstein telah menawarkan alat baru dan penting untuk kajian fenomena fizikal baru di kawasan yang sangat pelbagai.

Tidak ada keraguan bahawa kesesuaiannya di peringkat makroskopik memudahkan kajian, pemahaman dan demonstrasi undang-undang fizik kuantum.

Bagaimanapun, hakikat bahawa suhu yang dekat dengan sifar mutlak diperlukan untuk mencapai keadaan ini adalah kesulitan yang serius untuk memanfaatkan ciri-cirinya yang luar biasa..

Rujukan

  1. Kondensat Bose-Einstein (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einstein condensate. (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell dan Carl Wieman (1998). Bose-Einstein yang dipekatkan, "Penyelidikan dan Sains".
  4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Saintifik Amerika.
  5. Bosón (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari en.wikipedia.org.