Kondensert Bose-Einstein opprinnelse, egenskaper og applikasjoner



den Bose-Einstein kondensat Det er en tilstand av materie som oppstår i visse partikler ved temperaturer nær absolutt null. I lang tid ble det antatt at de eneste tre mulige aggregeringstilstandene til saken var faste, flytende og gassformige.

Da ble den fjerde staten oppdaget: plasma; og Bose-Einstein-kondensatet regnes som den femte staten. Den karakteristiske egenskapen er at kondensatpartiklene oppfører seg som et stort kvantesystem i stedet for som de vanligvis gjør (som et sett av individuelle kvantesystemer eller som en gruppering av atomer).

Med andre ord kan det sies at hele settet av atomer som utgjør Bose-Einstein-kondensatet oppfører seg som om det var et enkelt atom.

index

  • 1 opprinnelse
  • 2 Innhenting
    • 2.1 Bosons
    • 2.2 Alle atomer er det samme atom
  • 3 Egenskaper
  • 4 applikasjoner
    • 4.1 Kondensert Bose-Einstein og kvantfysikk
  • 5 referanser

kilde

Som mange av de nyeste vitenskapelige funnene, var tilstedeværelsen av kondensatet teoretisk avledet før det var empirisk bevis for dets eksistens.

Dermed var de Albert Einstein og Satyendra Nath Bose forutsis teoretisk hvem dette fenomenet i en felles publikasjon i 1920 gjorde de første for tilfelle av fotoner og deretter til den hypotetiske tilfelle av gass atomer.

Demonstrasjonen av den virkelige eksistensen hadde ikke vært mulig før for noen tiår siden, da det var mulig å avkjøle et utvalg til temperaturer som var lave nok til å bevise at hva likningene forventet var sanne.

å skaffe

Bose-Einstein-kondensatet ble oppnådd i 1995 av Eric Cornell, Carlo Wieman og Wolfgang Ketterle som, til slutt, ville ende opp med å dele Nobelprisen for fysikk i 2001.

For å oppnå Bose-Einsteins kondensat tydd til en rekke eksperimentelle teknikker atomfysikk, som klarte å nå den temperatur 0.00000002 grader Kelvin over det absolutte nullpunkt (mye lavere enn den laveste temperaturen som ble observert i det ytre rom temperatur).

Eric Cornell og Carlo Weiman brukte disse teknikkene i en fortynnet gass sammensatt av rubidiumatomer; For hans del brukte Wolfgang Ketterle dem kort tid senere på natriumatomer.

Bosons

Navnet boson brukes til ære for den indiskfødte fysikeren Satyendra Nath Bose. I partikkelfysikken vurderes to grunnleggende typer elementære partikler: bosoner og ferminjoner.

Det som bestemmer om en partikkel er en boson eller en fermion, er om spinnet er heltall eller halv heltall. Til slutt er bosoner partiklene ansvarlige for overføring av interaksjonskrefter mellom fermioner.

Bare de bosoniske partiklene kan ha denne tilstanden av Bose-Einstein-kondensat: hvis partiklene som avkjøles er fermioner, blir det oppnådd en Fermi-væske..

Dette er fordi bosoner, i motsetning til fermioner, behøver ikke oppfyller Pauliprinsippet, hvor det fremgår at to identiske partikler ikke samtidig kan være i den samme kvantetilstand.

Alle atomer er det samme atom

I et Bose-Einstein-kondensat er alle atomer helt like. På denne måten er de fleste kondenserte atomer på samme kvante nivå, synkende til det laveste energinivået mulig.

Ved å dele denne samme kvantestatistikken og ha all den samme (minimum) energi, er atomene uutslettelige og oppfører seg som en enkelt "superatom".

egenskaper

Det faktum at alle atomene har identiske egenskaper antar en rekke faste teoretiske egenskaper: Atomer opptar samme volum, sprer lys av samme farge og utgjør et homogent medium, blant andre egenskaper.

Disse egenskaper er lik de til den ideelle laser, sender ut en koherent (romlig og tidsmessig) ensartet monokromatisk lys, hvor alle bølger og fotoner er helt like, og beveger seg i samme retning, som ideelt sett ikke dissipating.

søknader

Mulighetene som tilbys av denne nye tilstanden er mange, noen virkelig fantastiske. Blant de nåværende eller utviklende, er de mest interessante anvendelsene av Bose-Einstein-kondensatene følgende:

- Dens bruk sammen med atomlasere for å skape nanokonstruksjoner med høy presisjon.

- Påvisning av gravitasjonsfeltintensitet.

- Produksjon av atomklokker mer presis og stabil enn de som eksisterer.

- Simuleringer, i liten skala, for studier av visse kosmologiske fenomener.

- Anvendelser av superfluiditet og superledningsevne.

- Programmer avledet fra fenomenet kjent som sakte lys eller sakte lys; for eksempel i teleportasjon eller i det lovende feltet kvantemetode.

- Dypere kunnskapen om kvantemekanikk, utføre mer komplekse og ikke-lineære eksperimenter, samt verifisering av bestemte teorier som nylig er formulert. Kondensatene gir mulighet til å gjenskape seg i laboratoriefenomenene som skjer ved lysår.

Som du kan se, kan Bose-Einstein-kondensatene ikke bare brukes til å utvikle nye teknikker, men også for å perfeksjonere noen teknikker som allerede finnes.

Ikke forgitt gir de stor presisjon og pålitelighet, noe som er mulig på grunn av deres fasesammenheng i atomfeltet, noe som letter stor kontroll over tid og avstander.

Derfor kan Bose-Einstein-kondensatene bli så revolusjonerende som selve laseren var, siden de har mange egenskaper til felles. Det store problemet for dette er imidlertid å finne i temperaturen der disse kondensatene blir produsert.

Dermed ligger vanskeligheten både i hvor komplisert det er å skaffe dem og i deres kostbare vedlikehold. Derfor fokuserer det meste av arbeidet hovedsakelig på søknad til grunnforskning.

Kondensert Bose-Einstein og kvantefysikk

Demonstrasjonen av eksistensen av Bose-Einstein-kondensatene har tilbudt et nytt og viktig verktøy for studiet av nye fysiske fenomener på svært forskjellige områder.

Det er ingen tvil om at dens sammenheng på makroskopisk nivå letter både studier, forståelse og demonstrasjon av kvantfysikkloven.

Det faktum at temperaturer nær absolutt null er nødvendig for å oppnå denne tilstanden, er imidlertid et alvorlig ulempe for å få mest mulig ut av sine utrolige egenskaper..

referanser

  1. Kondensat av Bose-Einstein (n.d.). På Wikipedia. Hentet 6. april 2018, fra es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einstein kondensat. (n.d.). I Wikipedia. Hentet 6. april 2018, fra en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell og Carl Wieman (1998). Kondensert Bose-Einstein, "Forskning og Vitenskap".
  4. A. Cornell og C. E. Wieman (1998). "The Bose-Einstein condenste". Vitenskapelig amerikansk.
  5. Bosón (n.d.). På Wikipedia. Hentet 6. april 2018, fra es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). På Wikipedia. Hentet 6. april 2018, fra en.wikipedia.org.