Συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC) , μια κατάσταση ύλης στην οποία χωρίζονται άτομα ή υποατομικά σωματίδια, ψύχονται κοντά απόλυτο μηδενικό (0) ΠΡΟΣ ΤΗΝ , - 273,15 ° C, ή - 459,67 ° F; K = kelvin), συγχωνεύεται σε μια ενιαία κβαντική μηχανική οντότητα - δηλαδή, μια που μπορεί να περιγραφεί από μια συνάρτηση κυμάτων - σε σχεδόν μακροσκοπική κλίμακα. Αυτή η μορφή ύλης είχε προβλεφθεί το 1924 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν βάσει του ποσοστό διατυπώσεις του Ινδικού φυσικού Satyendra Nath Bose.
Αν και είχε προβλεφθεί για δεκαετίες, το πρώτο ατομικό BEC έγινε μόνο το 1995, όταν ο Eric Cornell και ο Carl Wieman της JILA, ένα ερευνητικό ίδρυμα που λειτουργούσαν από κοινού από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) και το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder , ψύχεται ένα αέριο ατόμων ρουβιδίου σε 1,7 × 10−7Κ πάνω από το απόλυτο μηδέν. Μαζί με τον Wolfgang Ketterle του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (MIT), ο οποίος δημιούργησε ένα BEC με νάτριο άτομα, αυτοί οι ερευνητές έλαβαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2001. Η έρευνα για τα BEC έχει επεκτείνει την κατανόηση του κβαντικού η φυσικη και οδήγησε στην ανακάλυψη νέων φυσικών επιδράσεων.
Η θεωρία του BEC χρονολογείται από το 1924, όταν ο Bose εξέτασε πώς συμπεριφέρονται ομάδες φωτονίων. Τα φωτόνια ανήκουν σε μία από τις δύο μεγάλες κατηγορίες στοιχειωδών ή υπομικροσκοπικών σωματιδίων που καθορίζονται από το εάν η κβαντική περιστροφή τους είναι μη αρνητική ακέραιος αριθμός (0, 1, 2,…) ή περίεργος μισός ακέραιος (1/2, 3/2,…). Ο πρώτος τύπος, που ονομάζεται μποζόνια, περιλαμβάνει φωτόνια, του οποίου η περιστροφή είναι 1. Ο τελευταίος τύπος, που ονομάζεται φερμόνια, περιλαμβάνει ηλεκτρόνια, των οποίων η περιστροφή είναι 1/2
Όπως σημείωσε ο Bose, οι δύο τάξεις συμπεριφέρονται διαφορετικά ( βλέπω Στατιστικά στοιχεία Bose-Einstein και Fermi-Dirac). Σύμφωνα με την αρχή αποκλεισμού Pauli, τα φερμόνια τείνουν να αποφεύγουν το ένα το άλλο, για τον οποίο κάθε ηλεκτρόνιο σε μια ομάδα καταλαμβάνει μια ξεχωριστή κβαντική κατάσταση (υποδεικνύεται από διαφορετικούς κβαντικούς αριθμούς, όπως η ενέργεια του ηλεκτρονίου). Αντίθετα, ένας απεριόριστος αριθμός μποζονίων μπορεί να έχει την ίδια ενεργειακή κατάσταση και να μοιράζεται μία μόνο κβαντική κατάσταση.
Ο Einstein σύντομα επέκτεινε το έργο του Bose για να δείξει ότι σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες τα βοσικά άτομα με ακόμη και περιστροφές θα συγκεντρωθούν σε μια κοινή κβαντική κατάσταση με τη χαμηλότερη διαθέσιμη ενέργεια. Ωστόσο, οι απαιτούμενες μέθοδοι για την παραγωγή θερμοκρασιών αρκετά χαμηλών για να δοκιμάσουν την πρόβλεψη του Αϊνστάιν δεν ήταν εφικτές μέχρι τη δεκαετία του 1990. Μία από τις ανακαλύψεις εξαρτάται από τη νέα τεχνική ψύξης και παγίδευσης με λέιζερ, στην οποία η πίεση ακτινοβολίας μιας δέσμης λέιζερ ψύχεται και εντοπίζει τα άτομα επιβραδύνοντάς τα. (Για αυτό το έργο, ο Γάλλος φυσικός Claude Cohen-Tannoudji και οι Αμερικανοί φυσικοί Steven Chu και William D. Phillips μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1997.) Η δεύτερη ανακάλυψη εξαρτάται από βελτιώσεις στο μαγνητικό περιορισμό προκειμένου να διατηρηθούν τα άτομα στη θέση τους χωρίς υλικό δοχείο. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές, ο Cornell και ο Wieman κατάφεραν να συγχωνεύσουν περίπου 2.000 μεμονωμένα άτομα σε ένα superatom, ένα συμπύκνωμα αρκετά μεγάλο ώστε να παρατηρηθεί με ένα μικροσκόπιο, το οποίο εμφάνισε ξεχωριστές κβαντικές ιδιότητες. Όπως περιέγραψε ο Wieman το επίτευγμα, το φέραμε σε σχεδόν ανθρώπινη κλίμακα. Μπορούμε να το σπρώξουμε και να το προωθήσουμε και να δούμε αυτά τα πράγματα με τρόπο που κανείς δεν ήταν σε θέση πριν.
Τα BEC σχετίζονται με δύο αξιοσημείωτα φαινόμενα χαμηλής θερμοκρασίας: υπερρευστότητα, στα οποία κάθε ένα από τα ισότοπα ηλίου3Αυτός και4Σχηματίζει ένα υγρό που ρέει με μηδέν τριβή ; και υπεραγωγιμότητα, στην οποία τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω ενός υλικού με μηδέν ηλεκτρική αντίσταση .4Τα άτομα είναι μποζόνια, και παρόλο που3Τα άτομα και τα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια, μπορούν επίσης να υποστούν Bose συμπύκνωση εάν ζευγαρώσουν με αντίθετες περιστροφές για να σχηματίσουν μποζονικά καταστάσεις με μηδενική καθαρή περιστροφή. Το 2003, η Deborah Jin και οι συνάδελφοί της στο JILA χρησιμοποίησαν ζευγάρια φερμιόνια για να δημιουργήσουν το πρώτο ατομικό φερμιονικό συμπύκνωμα.
Η έρευνα BEC απέδωσε νέα ατομική και οπτική φυσική, όπως το λέιζερ Atter Ketterle που επιδείχθηκε το 1996. Ένα συμβατικό φως λέιζερ εκπέμπει δέσμη συναφής φωτόνια είναι όλοι ακριβώς μέσα φάση και μπορεί να εστιαστεί σε ένα εξαιρετικά μικρό, φωτεινό σημείο. Ομοίως, ένα λέιζερ ατόμων παράγει μια συνεκτική δέσμη ατόμων που μπορεί να εστιαστεί σε υψηλή ένταση. Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν πιο ακριβή ατομικά ρολόγια και ενισχυμένη τεχνικές παραγωγής ηλεκτρονικών τσιπ, ή ολοκληρωμένα κυκλώματα .
Η πιο ενδιαφέρουσα ιδιότητα των BEC είναι ότι μπορούν να επιβραδύνουν το φως. Το 1998, η Lene Hau του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ και οι συνεργάτες της επιβράδυναν το φως που διανύθηκε μέσω BEC από την ταχύτητά του σε κενό 3 × 108μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε μόλις 17 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ή περίπου 38 μίλια ανά ώρα. Έκτοτε, ο Hau και άλλοι έχουν σταματήσει εντελώς και αποθηκεύσουν έναν παλμό φωτός εντός ενός BEC, απελευθερώνοντας αργότερα το φως αμετάβλητο ή στέλνοντάς το σε ένα δεύτερο BEC. Αυτοί οι χειρισμοί υπόσχονται για νέους τύπους με βάση το φως τηλεπικοινωνίες , οπτική αποθήκευση των δεδομένων και του κβαντικού υπολογισμού, αν και οι απαιτήσεις χαμηλής θερμοκρασίας των BEC προσφέρουν πρακτικές δυσκολίες.
Copyright © Ολα Τα Δικαιώματα Διατηρούνται | asayamind.com