Конденсированное бозе-эйнштейновское происхождение, свойства и применение



Бозе-эйнштейновский конденсат это состояние вещества, которое возникает в определенных частицах при температурах, близких к абсолютному нулю. Долгое время считалось, что единственными тремя возможными состояниями агрегации вещества являются твердое, жидкое и газообразное.

Затем было открыто четвертое состояние: плазма; и конденсат Бозе-Эйнштейна считается пятым состоянием. Характерным свойством является то, что частицы конденсата ведут себя как большая квантовая система, а не как обычно (как набор отдельных квантовых систем или как группа атомов).

Другими словами, можно сказать, что весь набор атомов, составляющих конденсат Бозе-Эйнштейна, ведет себя так, как если бы он был одним атомом..

индекс

  • 1 Происхождение
  • 2 Получение
    • 2.1 Бозоны
    • 2.2 Все атомы являются одним и тем же атомом
  • 3 свойства
  • 4 Приложения
    • 4.1. Конденсированный Бозе-Эйнштейн и квантовая физика
  • 5 ссылок

источник

Как и многие из последних научных открытий, существование конденсата было теоретически выведено до того, как появились эмпирические доказательства его существования..

Таким образом, именно Альберт Эйнштейн и Сатьендра Нат Бозе теоретически предсказали это явление в совместной публикации в 1920-х гг., Они сделали это сначала для случая фотонов, а затем для случая гипотетических газообразных атомов.

Демонстрация его реального существования была невозможна до тех пор, пока несколько десятилетий назад не было возможности охладить образец до температур, достаточно низких, чтобы доказать, что то, что предполагалось уравнениями, было правдой..

получение

Конденсат Бозе-Эйнштейна был получен в 1995 году Эриком Корнеллом, Карло Виманом и Вольфгангом Кеттерле, которые благодаря этому в 2001 году получили Нобелевскую премию по физике..

Чтобы получить конденсат Бозе-Эйнштейна, они использовали серию экспериментальных методов в атомной физике, с помощью которых им удалось достичь температуры 0,00000002 градусов Кельвина выше абсолютного нуля (температура намного ниже самой низкой температуры, наблюдаемой в космическом пространстве)..

Эрик Корнелл и Карло Вейман использовали эти методы в разбавленном газе, состоящем из атомов рубидия; Со своей стороны, Вольфганг Кеттерле применил их немного позже на атомах натрия.

Бозоны

Название бозон используется в честь физика индийского происхождения Сатьендра Нат Бозе. В физике частиц рассматриваются два основных типа элементарных частиц: бозоны и фермионы.

Что определяет, является ли частица бозоном или фермионом, так это то, является ли ее спин целым или полуцелым. В конечном счете, бозоны являются частицами, ответственными за передачу сил взаимодействия между фермионами.

Только бозонные частицы могут иметь это состояние конденсата Бозе-Эйнштейна: если охлаждаемые частицы являются фермионами, то, что достигается, называется ферми-жидкостью..

Это так, потому что бозоны, в отличие от фермионов, не должны соответствовать принципу исключения Паули, который гласит, что две идентичные частицы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно.

Все атомы одного атома

В бозе-эйнштейновском конденсате все атомы абсолютно равны. Таким образом, большинство конденсированных атомов находятся на одном квантовом уровне, опускаясь до минимально возможного уровня энергии.

Делясь тем же квантовым состоянием и обладая одинаковой (минимальной) энергией, атомы неразличимы и ведут себя как единый "суператом".

свойства

Тот факт, что все атомы имеют одинаковые свойства, предполагает ряд определенных теоретических свойств: атомы занимают одинаковый объем, рассеивают свет одинакового цвета и образуют однородную среду, среди прочих характеристик.

Эти свойства аналогичны свойствам идеального лазера, который излучает когерентный (пространственно и временно) свет, однородный, монохроматический, в котором все волны и фотоны абсолютно равны и движутся в одном направлении, поэтому в идеале не рассеивание.

приложений

Возможностей, предлагаемых этим новым состоянием материи, много, некоторые действительно удивительны. Среди текущих или развивающихся наиболее интересными применениями конденсатов Бозе-Эйнштейна являются следующие:

- Его использование вместе с атомными лазерами для создания высокоточных наноструктур.

- Обнаружение напряженности гравитационного поля.

- Производство атомных часов более точное и стабильное, чем те, которые существуют в настоящее время.

- Моделирование в малом масштабе для изучения некоторых космологических явлений.

- Приложения сверхтекучести и сверхпроводимости.

- Приложения, полученные из явления, известного как медленный свет или медленный свет; например, в телепортации или в многообещающей области квантовых вычислений.

- Углубление знаний по квантовой механике, проведение более сложных и нелинейных экспериментов, а также проверка некоторых недавно сформулированных теорий. Конденсаты дают возможность воссоздать в лабораториях явления, происходящие в световые годы..

Как видите, конденсаты Бозе-Эйнштейна можно использовать не только для разработки новых методов, но и для совершенствования некоторых методов, которые уже существуют..

Не зря они предлагают высокую точность и надежность, что возможно благодаря их фазовой когерентности в атомном поле, что облегчает отличный контроль времени и расстояний.

Следовательно, конденсаты Бозе-Эйнштейна могут стать такими же революционными, как и сам лазер, поскольку они имеют много общих свойств. Однако большая проблема для этого заключается в температуре, при которой образуются эти конденсаты..

Таким образом, сложность заключается как в сложности их получения, так и в их дорогостоящем обслуживании. Таким образом, большинство усилий в настоящее время сосредоточены в основном на его применении к фундаментальным исследованиям..

Конденсированный Бозе-Эйнштейн и квантовая физика

Демонстрация существования конденсатов Бозе-Эйнштейна предложила новый и важный инструмент для изучения новых физических явлений в самых разных областях..

Нет сомнений в том, что его согласованность на макроскопическом уровне облегчает как изучение, понимание и демонстрацию законов квантовой физики..

Однако тот факт, что температуры, близкие к абсолютному нулю, необходимы для достижения такого состояния вещества, является серьезным неудобством, чтобы максимально использовать его невероятные свойства..

ссылки

  1. Конденсат Бозе-Эйнштейна (н.д.). В википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
  2. Бозе-эйнштейновский конденсат. (н.д.). В Википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  3. Эрик Корнелл и Карл Виман (1998). Конденсированный Бозе-Эйнштейн, "Исследования и наука".
  4. A. Cornell & C.E. Wieman (1998). "Конденс Бозе-Эйнштейна". Ученый американец.
  5. Босон (н.д.). В википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
  6. Бозон (н.д.) В википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.