- pôvod
- získanie
- bozóny
- Všetky atómy sú rovnaké
- vlastnosti
- aplikácia
- Bose-Einsteinove kondenzáty a kvantová fyzika
- Referencie
Bose-Einstein kondenzát je stav hmoty, ktorý sa vyskytuje v určitých častíc pri teplotách blízkych absolútnej nule. Dlho sa predpokladalo, že jedinými tromi možnými stavmi agregácie hmoty sú tuhá látka, kvapalina a plyn.
Potom sa objavil štvrtý stav: plazma; a kondenzát Bose-Einstein sa považuje za piaty stav. Charakteristickou vlastnosťou je to, že častice v kondenzáte sa správajú skôr ako veľký kvantový systém ako obvykle (ako skupina jednotlivých kvantových systémov alebo ako zoskupenie atómov).
Inými slovami, možno povedať, že celá skupina atómov, ktoré tvoria kondenzát Bose-Einstein, sa správa, akoby to bol jediný atóm.
pôvod
Podobne ako mnohé z najnovších vedeckých objavov, existencia kondenzátu bola teoreticky odvodená skôr, ako existoval empirický dôkaz o jeho existencii.
Teda to bol Albert Einstein a Satyendra Nath Bose, ktorý teoreticky predpovedal tento jav v spoločnej publikácii v roku 1920. Urobili tak najskôr pre fotóny a potom pre hypotetické plynné atómy.
Preukázanie jej skutočnej existencie bolo možné až pred niekoľkými desaťročiami, keď bolo možné ochladiť vzorku na dostatočne nízku teplotu, aby sa overilo, že predpokladané rovnice sú pravdivé.
Satyendra Nath Bose
získanie
Kondenzát Bose-Einstein získal v roku 1995 Eric Cornell, Carlo Wieman a Wolfgang Ketterle, ktorý sa vďaka nemu nakoniec podelil o Nobelovu cenu za fyziku za rok 2001.
Aby sa dosiahol kondenzát, Bose-Einstein sa uchýlil k množstvu experimentálnych techník atómovej fyziky, pomocou ktorých sa im podarilo dosiahnuť teplotu 0,00000002 stupňov Kelvina nad absolútnou nulou (teplota oveľa nižšia ako najnižšia teplota pozorovaná vo vesmíre). ,
Eric Cornell a Carlo Weiman použili tieto techniky na riedený plyn tvorený atómami rubídia; na druhej strane ich Wolfgang Ketterle krátko nato aplikoval na atómy sodíka.
bozóny
Názov bozón sa používa na počesť indickej fyziky Satyendry Nath Boseovej. Vo fyzike častíc sa zvažujú dva základné typy elementárnych častíc: bozóny a ferminióny.
To, čo určuje, či je častica bozón alebo fermión, je to, či je jeho rotácia celé alebo polovičné celé číslo. Konečne sú bozóny časticami zodpovednými za prenos síl interakcie medzi fóliami.
Tento stav kondenzátu Bose-Einstein môže mať iba bozonické častice: ak sú ochladené častice fermióny, dosiahne sa to ako Fermiho kvapalina.
Je to tak preto, že bozóny na rozdiel od fermionov nemusia spĺňať Pauliho vylučovaciu zásadu, ktorá uvádza, že dve rovnaké častice nemôžu byť v rovnakom kvantovom stave v rovnakom čase.
Všetky atómy sú rovnaké
V kondenzáte Bose-Einstein sú všetky atómy úplne rovnaké. Týmto spôsobom je väčšina atómov v kondenzáte na rovnakej kvantovej úrovni, zostupne na najnižšiu možnú hladinu energie.
Zdieľaním tohto rovnakého kvantového stavu a všetkých, ktoré majú rovnakú (minimálnu) energiu, sú atómy nerozoznateľné a správajú sa ako jediný „super atóm“.
vlastnosti
Skutočnosť, že všetky atómy majú rovnaké vlastnosti, predpokladá rad určitých teoretických vlastností: atómy obsadzujú rovnaký objem, rozptyľujú svetlo rovnakej farby a okrem iného sa vytvára homogénne médium.
Tieto vlastnosti sú podobné vlastnostiam ideálneho lasera, ktorý vyžaruje koherentné svetlo (priestorovo a časovo), jednotné, monochromatické, v ktorom sú všetky vlny a fotóny úplne rovnaké a pohybujú sa rovnakým smerom, ideálne nie rozptýliť.
aplikácia
Možnosti, ktoré ponúka tento nový stav hmoty, sú mnohé, niektoré skutočne úžasné. Medzi súčasné alebo vo vývoji patria najzaujímavejšie aplikácie kondenzátov Bose-Einstein:
- Jeho použitie spolu s atómovými lasermi vytvára vysoko presné nanoštruktúry.
- Detekcia intenzity gravitačného poľa.
- Výroba presnejších a stabilnejších atómových hodín, ako sú hodiny, ktoré v súčasnosti existujú.
- Simulácie v malom meradle na štúdium určitých kozmologických javov.
- Použitie superfluidity a supravodivosti.
- aplikácie odvodené od javu známeho ako pomalé alebo pomalé svetlo; napríklad v teleportácii alebo v nádejnej oblasti kvantového počítania.
- prehĺbenie znalostí kvantovej mechaniky, vykonávanie zložitejších a nelineárnych experimentov, ako aj overovanie niektorých nedávno formulovaných teórií. Kondenzáty ponúkajú možnosť obnovenia javov, ktoré sa v laboratóriách vyskytujú vo svetelných rokoch.
Ako je vidieť, kondenzáty Bose-Einstein sa môžu použiť nielen na vývoj nových techník, ale aj na vylepšenie niektorých už existujúcich techník.
Nie nadarmo ponúkajú veľkú presnosť a spoľahlivosť, čo je možné vďaka ich fázovej koherencii v atómovom poli, čo umožňuje veľkú kontrolu času a vzdialeností.
Preto môžu byť kondenzáty Bose-Einstein rovnako revolučné ako kedysi samotný laser, pretože majú mnoho spoločných vlastností. Veľkým problémom na to však je teplota, pri ktorej sa tieto kondenzáty produkujú.
Obtiažnosť teda spočíva v tom, ako zložité je získať, a v nákladnej údržbe. Z týchto dôvodov sa v súčasnosti najviac úsilia zameriava najmä na jeho aplikáciu na základný výskum.
Bose-Einsteinove kondenzáty a kvantová fyzika
Preukázanie existencie kondenzátov Bose-Einstein ponúka nový dôležitý nástroj na štúdium nových fyzikálnych javov vo veľmi rozmanitých oblastiach.
Niet pochýb o tom, že jeho koherencia na makroskopickej úrovni uľahčuje štúdium, porozumenie a demonštráciu zákonov kvantovej fyziky.
Skutočnosť, že na dosiahnutie tohto stavu sú potrebné teploty blízke absolútnej nule, je však vážnou nevýhodou, aby sa z jeho neuveriteľných vlastností dostali viac.
Referencie
- Kondenzát Bose - Einstein (nd). Na Wikipédii. Získané 6. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
- Kondenzácia Bose - Einstein. (nd) Na Wikipédii. Našiel sa 6. apríla 2018 z en.wikipedia.org.
- Eric Cornell a Carl Wieman (1998). Kondenzáty Bose-Einstein, „Výskum a veda“.
- A. Cornell a CE Wieman (1998). "Kondenzát Bose - Einstein". Scientific American.
- Boson (nd). Na Wikipédii. Získané 6. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
- Boson (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 6. apríla 2018 z en.wikipedia.org.