Кондензирано Бозе-Айнщайн произход, свойства и приложения



на Кондензат Бозе-Айнщайн това е състояние на материя, което се среща в някои частици при температури близки до абсолютната нула. Дълго време се смяташе, че само трите възможни агрегационни състояния на материята са твърди, течни и газообразни.

След това се открива четвъртото състояние: плазма; и кондензатът Бозе-Айнщайн се счита за пето състояние. Характерното свойство е, че кондензатните частици се държат като голяма квантова система, а не както обикновено (като набор от индивидуални квантови системи или като група от атоми).

С други думи, може да се каже, че целият набор от атоми, съставляващи кондензата Бозе-Айнщайн, се държи така, сякаш е един атом..

индекс

  • 1 Произход
  • 2 Получаване
    • 2.1 Бозоните
    • 2.2 Всички атоми са един и същ атом
  • 3 Свойства
  • 4 Приложения
    • 4.1 Кондензирано Бозе-Айнщайн и квантова физика
  • 5 Препратки

източник

Подобно на много от най-новите научни открития, съществуването на кондензата е теоретично изведено преди емпирични доказателства за неговото съществуване.

Така Алберт Айнщайн и Сатиендра Нат Босе теоретично предричаха този феномен в съвместна публикация през 1920-те г. Те направиха това първо за случая на фотоните и след това за случая на хипотетични газообразни атоми..

Демонстрацията на нейното истинско съществуване не беше възможна преди няколко десетилетия, когато беше възможно да се охлади пробата до достатъчно ниски температури, за да се докаже, че това, което очакваните уравнения е вярно.

получаване

Кондензатът Бозе-Айнщайн е получен през 1995 г. от Ерик Корнел, Карло Вийман и Волфганг Кетърле, които благодарение на това ще разделят Нобеловата награда за физика през 2001 г..

За да се постигне кондензатът Бозе-Айнщайн, те използват серия от експериментални техники в атомната физика, с които успяват да достигнат температурата от 0.00000002 градуса по Келвин над абсолютната нула (температурата много по-ниска от най-ниската температура, наблюдавана в космоса)..

Ерик Корнел и Карло Вайман използват тези техники в разреден газ, съставен от рубидиеви атоми; От своя страна, Волфганг Кетърле ги прилага малко по-късно на натриеви атоми.

Бозоните

Името бозон се използва в чест на индийски роден физик Satyendra Nath Bose. Във физиката на частиците се разглеждат два основни типа елементарни частици: бозони и ферминиони.

Това, което определя дали дадена частица е бозон или фермион, е дали неговият спин е цяло число или полуцело. В крайна сметка, бозоните са частиците, отговорни за предаването на сили на взаимодействие между фермиони.

Само бозоновите частици могат да имат това състояние на кондензат Бозе-Айнщайн: ако частиците, които се охлаждат, са фермиони, това, което се постига, се нарича Ферми..

Това е така, защото бозоните, за разлика от фермионите, не трябва да отговарят на принципа на изключване на Паули, който гласи, че две еднакви частици не могат да бъдат в едно и също квантово състояние едновременно..

Всички атоми са един и същ атом

В Бозе-Айнщайновия кондензат всички атоми са абсолютно еднакви. По този начин повечето кондензирани атоми са на същото квантово ниво, слизайки до възможно най-ниското енергийно ниво.

Като споделят същото квантово състояние и имат една и съща (минимална) енергия, атомите са неразличими и се държат като един "суператом".

свойства

Фактът, че всички атоми имат идентични свойства, предполага серия от определени теоретични свойства: атомите заемат един и същ обем, разсейват светлината от един и същи цвят и представляват хомогенна среда, наред с други характеристики.

Тези свойства са подобни на тези на идеалния лазер, който излъчва кохерентна светлина (пространствено и времево), еднаква, монохроматична, в която всички вълни и фотони са абсолютно еднакви и се движат в една и съща посока, така че в идеалния случай не разсейване.

приложения

Възможностите, които предлага това ново състояние на материята са много, някои наистина невероятни. Сред сегашните или развиващите се, най-интересните приложения на кондензатите Бозе-Айнщайн са следните:

- Използва се заедно с атомните лазери, за да създаде високо-прецизни наноструктури.

- Откриване на интензивността на гравитационното поле.

- Производството на атомни часовници е по-прецизно и стабилно от тези, които съществуват в момента.

- Симулации в малък мащаб за изследване на някои космологични явления.

- Приложения на свръхфлуидност и свръхпроводимост.

- Приложения, получени от явлението, известно като бавна светлина или бавна светлина; например в телепортацията или в обещаващата област на квантовите изчисления.

- Задълбочаване на познанията по квантова механика, провеждане на по-сложни и нелинейни експерименти, както и проверка на някои формулирани теории наскоро. Кондензатите предлагат възможността да се пресъздадат в лабораториите явления, които се случват на светлинни години.

Както виждате, кондензатите Бозе-Айнщайн могат да се използват не само за разработване на нови техники, но и за усъвършенстване на някои техники, които вече съществуват..

Не напразно те предлагат голяма прецизност и надеждност, което е възможно благодарение на тяхната фазова кохерентност в атомното поле, което улеснява голямото управление на времето и разстоянията..

Следователно кондензатите Бозе-Айнщайн могат да станат толкова революционни, колкото самия лазер, тъй като те имат много общи свойства. Обаче, големият проблем за това е в температурата, при която се произвеждат тези кондензати.

Следователно, трудността се състои както в това колко сложно е да се получат, така и в тяхната скъпа поддръжка. Ето защо по-голямата част от усилията понастоящем се фокусират главно върху прилагането й към фундаменталните изследвания.

Кондензирано Бозе-Айнщайн и квантова физика

Демонстрацията на съществуването на кондензати Бозе-Айнщайн предлага нов и важен инструмент за изследване на нови физични явления в много различни области.

Няма съмнение, че кохерентността му на макроскопично ниво улеснява изучаването, разбирането и демонстрирането на законите на квантовата физика..

Въпреки това, фактът, че температурите, близки до абсолютната нула, са необходими за постигане на това състояние на материята, е сериозно неудобство, за да се извлекат максимални ползи от нейните невероятни свойства..

препратки

  1. Кондензат на Бозе-Айнщайн (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 6 април 2018 г. от es.wikipedia.org.
  2. Кондензат Бозе-Айнщайн. (n.d.) В Уикипедия. Възстановен на 6 април 2018 г. от en.wikipedia.org.
  3. Ерик Корнел и Карл Wieman (1998). Кондензирано Бозе-Айнщайн, "Изследвания и наука".
  4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "Кондестът Бозе-Айнщайн". Scientific American.
  5. Bosón (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 6 април 2018 г. от es.wikipedia.org.
  6. Бозон (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 6 април 2018 г. от en.wikipedia.org.