Kondenzovaný Bose-Einsteinův původ, vlastnosti a aplikace



Bose-Einsteinův kondenzát je to stav hmoty, který se vyskytuje v určitých částicích při teplotách blízkých absolutní nule. Dlouho se předpokládalo, že pouze tři možné agregační stavy hmoty jsou pevné, kapalné a plynné.

Poté byl objeven čtvrtý stav: plazma; a kondenzát Bose-Einstein je považován za pátý stav. Charakteristickou vlastností je to, že se částice kondenzátu chovají jako velký kvantový systém místo toho, co obvykle dělají (jako soubor jednotlivých kvantových systémů nebo jako seskupení atomů).

Jinými slovy lze říci, že celá sada atomů, které tvoří kondenzát Bose-Einstein, se chová, jako by to byl jeden atom..

Index

  • 1 Původ
  • 2 Získání
    • 2.1 Bosony
    • 2.2 Všechny atomy jsou stejné atomy
  • 3 Vlastnosti
  • 4 Aplikace
    • 4.1 Kondenzovaná Bose-Einsteinova a kvantová fyzika
  • 5 Odkazy

Původ

Stejně jako mnoho nejnovějších vědeckých poznatků byla existence kondenzátu teoreticky odvozena dříve, než existovaly empirické důkazy o jeho existenci..

Tak to byl Albert Einstein a Satyendra Nath Bose, kteří teoreticky předpověděli tento jev ve společné publikaci ve dvacátých letech minulého století, a to nejdříve pro případ fotonů a pak pro případ hypotetických plynných atomů..

Demonstrace jeho skutečné existence nebyla možná až před několika desítkami let, kdy bylo možné ochlazovat vzorek na teploty dostatečně nízké, aby dokázal, že to, co očekávaly rovnice, je pravdivé..

Získání

Kondenzát Bose-Einstein byl získán v roce 1995 Ericem Cornellem, Carlem Wiemanem a Wolfgangem Ketterlem, kteří by díky tomu mohli v roce 2001 sdílet Nobelovu cenu za fyziku..

K dosažení Bose-Einsteinova kondenzátu použili sérii experimentálních technik v atomové fyzice, se kterou se jim podařilo dosáhnout teploty 0,00000002 stupňů Kelvin nad absolutní nulou (teplota mnohem nižší než nejnižší teplota pozorovaná ve vesmíru)..

Eric Cornell a Carlo Weiman používali tyto techniky ve zředěném plynu složeném z atomů rubidia; Wolfgang Ketterle je na krátkou dobu aplikoval na atomy sodíku.

Bosony

Jméno boson je používán ve cti Inda-rozený fyzik Satyendra Nath Bose. Ve fyzice částic jsou uvažovány dva základní typy elementárních částic: bosony a ferminiony.

Co určuje, zda částice je boson nebo fermion, je to, zda je jeho spin celé číslo nebo poloviční číslo. Nakonec, bosony jsou částice zodpovědné za přenos interakčních sil mezi fermiony.

Pouze bosonické částice mohou mít tento stav Bose-Einsteinova kondenzátu: pokud jsou částice, které jsou chlazeny, fermiony, toho, čeho se dosáhne, se nazývá kapalina Fermi..

Je to proto, že bosony, na rozdíl od fermionů, nemusí splňovat Pauliho vylučovací princip, který uvádí, že dvě identické částice nemohou být ve stejném kvantovém stavu současně.

Všechny atomy jsou stejného atomu

V Bose-Einsteinově kondenzátu jsou všechny atomy naprosto stejné. Tímto způsobem je většina kondenzovaných atomů na stejné kvantové úrovni, klesající na nejnižší možnou energetickou úroveň.

Sdílení tohoto stejného kvantového stavu a má stejnou (minimální) energii, atomy jsou nerozeznatelné a chovají se jako jeden "superatom".

Vlastnosti

Skutečnost, že všechny atomy mají stejné vlastnosti, předpokládá řadu určených teoretických vlastností: atomy zabírají stejný objem, rozptylují světlo stejné barvy a tvoří kromě jiného další homogenní médium..

Tyto vlastnosti jsou podobné vlastnostem ideálního laseru, který vyzařuje koherentní světlo (prostorově a časově), rovnoměrné, monochromatické, ve kterém jsou všechny vlny a fotony naprosto stejné a pohybují se ve stejném směru, tedy ideálně ne. rozptýlit.

Aplikace

Možnosti, které tento nový stav hmoty nabízí, jsou mnohé, některé opravdu úžasné. Mezi současné nebo vyvíjející se aplikace patří nejzajímavější aplikace kondenzátů Bose-Einstein:

- Jeho použití spolu s atomovými lasery k vytvoření vysoce přesných nanostruktur.

- Detekce intenzity gravitačního pole.

- Výroba atomových hodin je přesnější a stabilnější než ty, které v současné době existují.

- Simulace v malém měřítku pro studium určitých kosmologických jevů.

- Aplikace superfluidity a supravodivosti.

- Aplikace odvozené z jevu známého jako pomalé světlo nebo pomalé světlo; například v teleportaci nebo v perspektivním poli kvantové práce na počítači.

- Prohloubit znalosti kvantové mechaniky, provádět složitější a nelineární experimenty, stejně jako ověření některých teorií, které byly nedávno formulovány. Kondenzáty nabízejí možnost obnovit v laboratořích jevy, které se stávají světelným letům.

Jak vidíte, Bose-Einsteinovy ​​kondenzáty mohou být použity nejen pro vývoj nových technik, ale také pro zdokonalení některých technik, které již existují.

Ne nadarmo nabízejí vysokou přesnost a spolehlivost, což je možné díky jejich fázové koherenci v atomovém poli, což usnadňuje velkou kontrolu času a vzdáleností.

Proto, Bose-Einstein kondenzáty mohly stát se jak revoluční jak laser sám byl, protože oni mají mnoho vlastností v obyčejný. Velkým problémem tohoto problému však je teplota, při které se tyto kondenzáty vyrábějí.

Obtíže tedy spočívají jak v tom, jak složité je získat, tak v jejich nákladné údržbě. Většina úsilí se proto v současné době zaměřuje především na jeho aplikaci na základní výzkum.

Kondenzovaná Bose-Einstein a kvantová fyzika

Ukázka existence Bose-Einsteinových kondenzátů nabídla nový a důležitý nástroj pro studium nových fyzikálních jevů ve velmi rozmanitých oblastech..

Není pochyb o tom, že jeho soudržnost na makroskopické úrovni usnadňuje jak studium, porozumění a demonstraci zákonů kvantové fyziky..

Skutečnost, že k dosažení tohoto stavu hmoty jsou nezbytné teploty blízké absolutní nule, je však vážným nepohodlím získat co nejvíce z jeho neuvěřitelných vlastností..

Odkazy

  1. Kondenzát Bose-Einstein (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 6. dubna 2018, z es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einsteinův kondenzát. (n.d.) Ve Wikipedii. Získáno 6. dubna 2018, z en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell a Carl Wieman (1998). Kondenzovaný Bose-Einstein, "Výzkum a věda".
  4. A. Cornell a C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Vědecký Američan.
  5. Bosón (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 6. dubna 2018, z es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 6. dubna 2018, z en.wikipedia.org.