BOSE-EINSTEIN KONDENZÁTUM: TULAJDONSÁGOK ÉS ALKALMAZÁSOK - FIZIKAI - 2026

A Bose-Einstein kondenzátum olyan anyagállapot, amely bizonyos részecskékben az abszolút nulla hőmérsékleteinál fordul elő. Régóta azt hitték, hogy az anyag aggregációjának csak három lehetséges állapota szilárd, folyékony és gáz.

Aztán felfedezték a negyedik állapotot: a plazma; és a Bose-Einstein kondenzátumot az ötödik állapotnak tekintjük. A jellemző tulajdonság az, hogy a kondenzátum részecskéi inkább nagy kvantumrendszerként viselkednek, mint általában (egyedi kvantumrendszerek halmaza vagy atomok csoportjaként).

Más szavakkal, elmondható, hogy a Bose-Einstein kondenzátumot alkotó atomok összessége úgy viselkedik, mintha egyetlen atom lenne.

Eredet

A legújabb tudományos felfedezésekhez hasonlóan a kondenzátum létezését elméletileg levezetik, még mielőtt empirikus bizonyítékokkal rendelkeztek volna a létezéséről.

Tehát Albert Einstein és Satyendra Nath Bose az elméletileg megjósolta ezt a jelenséget az 1920-as évek közös publikációjában, először a fotonok, majd a hipotetikus gáz-atomok esetében.

Valódi létezésének bizonyítása csak néhány évtizeddel ezelőtt volt lehetséges, amikor a mintát elég alacsony hőmérsékletre lehetett lehűteni annak ellenőrzésére, hogy a várt egyenletek igazak-e.

Satyendra Nath Bose

beszerzése

A Bose-Einstein kondenzátumot 1995-ben Eric Cornell, Carlo Wieman és Wolfgang Ketterle állította elő, akiknek köszönhetően a 2001. évi fizikai Nobel-díjat osztják el.

A Bose-Einstein kondenzátum elérése érdekében atomfizikai kísérleti technikák sorozatát alkalmazták, amelyekkel az abszolút nulla fölött 0,00000002 Celsius fokot sikerült elérni (ez a hőmérséklet jóval alacsonyabb, mint a világűrben megfigyelt legalacsonyabb hőmérséklet)..

Eric Cornell és Carlo Weiman ezeket a technikákat hígított gázra, rubidium atomokból használta; a maga részéről Wolfgang Ketterle nem sokkal később alkalmazta őket nátrium-atomokra.

bozonok

A boszon nevet az indiai származású fizikus, Satyendra Nath Bose tiszteletére használják. Az elemi részecskék két alaptípusát veszik figyelembe a részecskefizikában: bozonokat és ferminumokat.

Azt határozza meg, hogy egy részecske bozon vagy fermion legyen -, hogy spinje egész szám vagy fél egész. Végül a boszonok azok a részecskék, amelyek felelősek a fermionok közötti kölcsönhatás erőinek továbbításáért.

Csak Boszonic részecskék lehetnek ebben a Bose-Einstein kondenzátum állapotban: ha a lehűtött részecskék fermionok, akkor az elért eredményeket Fermi folyadéknak nevezzük.

Ennek oka az, hogy a boszonoknak - a fermionokkal ellentétben - nem kell teljesíteni a Pauli-kizárás elvét, amely szerint két azonos részecske nem lehet ugyanabban a kvantumállapotban egyszerre.

Minden atom azonos atom

Bose-Einstein kondenzátumban az összes atom teljesen azonos. Ilyen módon a kondenzátum atomjai többsége azonos kvantumszinten van, a lehető legalacsonyabb energiaszintre csökkenve.

Ugyanazon kvantumállapot megosztása és az azonos (minimális) energiájú atomok megkülönböztethetetlenek és egyetlen „szuperatomként” viselkednek.

Tulajdonságok

Az a tény, hogy valamennyi atomnak azonos tulajdonságai vannak, bizonyos elméleti tulajdonságok sorozatát feltételezi: az atomok ugyanolyan térfogatot foglalnak el, ugyanolyan színű fényt szórnak, és egyebek mellett homogén közeget képeznek.

Ezek a tulajdonságok hasonlóak az ideális lézer tulajdonságaihoz, amelyek koherens fényt bocsátanak ki (térben és időben), egyenletes, monokromatikusak, amelyben az összes hullám és foton teljesen egyenlő és azonos irányba mozog, tehát ideális esetben nem távozhasson.

Alkalmazások

Az anyag ezen új állapota számos lehetőséget kínál, valóban csodálatos. A jelenlegi vagy fejlesztés alatt álló Bose-Einstein kondenzátumok legérdekesebb alkalmazásai a következők:

- Használata az atom lézerekkel nagy pontosságú nanostruktúrák létrehozására.

- A gravitációs mező intenzitásának kimutatása.

- Pontosabb és stabil atomórák gyártása, mint a jelenlegi.

- Kis méretű szimulációk bizonyos kozmológiai jelenségek tanulmányozására.

- Szuperfolyékonyság és szupravezető képesség alkalmazása.

- A lassú vagy lassú fény néven ismert jelenségből származó alkalmazások; például a teleportációban vagy a kvantumszámítás ígéretes területén.

- A kvantummechanika ismereteinek elmélyítése, összetettebb és nemlineáris kísérletek elvégzése, valamint egyes nemrégiben megfogalmazott elméletek ellenőrzése. A kondenzátumok lehetőséget kínálnak arra, hogy a laboratóriumokban visszavonuljanak a fénytól távol eső jelenségek.

Amint felismerhető, a Bose-Einstein kondenzátumok nemcsak új technikák kifejlesztésére használhatók, hanem a már létező technikák finomítására is.

Nem hiába kínálnak nagy pontosságot és megbízhatóságot, ami az atommező fázis koherenciájának köszönhetően lehetséges, amely megkönnyíti az idő és a távolság nagyszerű irányítását.

Ezért a Bose-Einstein kondenzátumok ugyanolyan forradalmi lehetnek, mint maga a lézer volt, mivel sok közös tulajdonságuk van. Ennek nagy problémája azonban az a hőmérséklet, amelyen ezek a kondenzátumok előállnak.

Így a nehézség abban rejlik, hogy mennyire bonyolult a beszerzésük, és költséges karbantartásukban. Ezen okok miatt jelenleg a legtöbb erőfeszítés elsősorban az alapkutatásokra történő alkalmazására összpontosít.

Bose-Einstein kondenzátumok és kvantumfizika

A Bose-Einstein kondenzátumok meglétének bemutatása fontos új eszközként szolgált az új fizikai jelenségek tanulmányozásához nagyon különféle területeken.

Nem kétséges, hogy a makroszkopikus szintű koherenciája megkönnyíti a kvantumfizika törvényeinek tanulmányozását, megértését és demonstrálását.

Ugyanakkor az a tény, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékletekre van szükség az anyagállapot eléréséhez, súlyos hátrány, hogy kihasználhassuk hihetetlen tulajdonságait.

Irodalom

1. Bose - Einstein kondenzátum (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 6-án, az es.wikipedia.org webhelyről.
2. Bose - Einstein kondenzálódik. (nd) A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 6-án, az en.wikipedia.org webhelyről.
3. Eric Cornell és Carl Wieman (1998). Bose-Einstein kondenzátumok, "Kutatás és tudomány".
4. A. Cornell és CE Wieman (1998). "A Bose - Einstein kondenzátum". Tudományos amerikai.
5. Boson (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 6-án, az es.wikipedia.org webhelyről.
6. Boson (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 6-án, az en.wikipedia.org webhelyről.