Ana iya samun kwayoyin halitta a cikin jimillar jahohi daban-daban, daga cikinsu muna samun daskararru, gas, da ruwaye; duk da haka, akwai wasu nau'ikan jahohin da ba a san su ba, ɗaya daga cikinsu ana kiransa da sunan. Bose-Einstein condensate, da yawa masana kimiyya, masana kimiyya da physicists la'akari a matsayin na biyar na kwayoyin halitta.
A cikin wannan labarin, za mu gaya muku menene Bose-Einstein condensate, halaye, aikace-aikace da ƙari.
Menene Bose-Einstein condensate
A Bose-Einstein Condensate (BEC) jimla ce ta kwayoyin halitta, kamar sauran jihohin da aka saba: gas, ruwa da kauri, amma Yana faruwa a matsanancin yanayin zafi, kusa da sifili.
Ya ƙunshi ɓangarorin da ake kira bosons waɗanda, a waɗannan yanayin zafi, suna zaune a cikin mafi ƙanƙancin adadin kuzari da aka sani da yanayin ƙasa. Albert Einstein ya annabta hakan a shekara ta 1924 bayan ya karanta wata takarda kan kididdigar photon da masanin ilimin lissafin Indiya Satyendra Bose ya aika masa.
Ba abu mai sauƙi ba ne don samun yanayin zafi da ake buƙata don samar da condensate na Bose-Einstein a cikin dakin gwaje-gwaje, dalilin da ya sa har zuwa 1995 ba zai yiwu a sami fasahar da ake bukata ba. A waccan shekarar, masanan kimiyyar lissafi na Amurka Eric Cornell da Carl Wieman da masanin kimiyyar lissafi dan kasar Jamus Wolfgang Ketterle sun yi nasarar lura da na'urorin na Bose-Einstein na farko. Masana kimiyya na Colorado sun yi amfani da rubidium-87, yayin da Keitel ya same shi ta hanyar iskar gas mai tsafta na sodium atom.
Domin waɗannan gwaje-gwajen sun buɗe ƙofar zuwa wani sabon fannin nazarin abubuwan da ke tattare da sinadari, Kettler, Cornell, da Wieman sun sami lambar yabo ta Nobel ta 2001. Daidai ne saboda ƙarancin zafin jiki mai ƙarancin zafin jiki cewa atom ɗin gas tare da wasu kaddarorin suna samar da yanayi mai oda. duk wanda gudanar da samun irin wannan raguwar makamashi da kuzari, wanda ba ya faruwa a cikin al'amuran al'ada.
Babban fasali
Kamar yadda aka ambata a baya, kwayoyin halitta ba kawai suna da jihohi uku na ruwa, mai ƙarfi, da gas ba, amma akasin haka. akwai jiha ta huɗu da ta biyar waɗanda suke da plasmatic da ionized. Bose-Einstein condensate yana ɗaya daga cikin waɗannan jihohi kuma yana da halaye da yawa:
- Jiha tara ce da ta ƙunshi tarin bosons waɗanda ɓangarorin farko ne.
- An yi la'akari da matsayi na biyar na tarawa wanda kayan zasu iya ɗauka.
- An fara ganin shi a cikin 1995, don haka sabon abu ne.
- Yana da tsarin natsewa kusa da cikakken sifili.
- Yana da babban ruwa, wanda ke nufin yana da ikon abin da zai kawar da gogayya.
- Yana da girma kuma yana da juriya na lantarki.
- Ana kuma san shi da ƙwayar ƙanƙara mai ƙima.
Asalin Bose-Einstein condensate
Lokacin da iskar gas ke rufe a cikin kwantena, ana kiyaye barbashin da ke tattare da iskar gas ne a isasshiyar tazara da juna wanda ba za a samu mu'amala sosai ba, baya ga karo da juna lokaci-lokaci da kuma bangon kwandon. Saboda haka sanannen ƙirar iskar gas ɗin ya samo asali.
Koyaya, ɓangarorin suna cikin tashin hankali na thermal na dindindin, kuma zafin jiki shine ƙaƙƙarfan ma'auni don gudun: mafi girman zafin jiki, da sauri suna motsawa. Ko da yake gudun kowane barbashi zai iya bambanta, matsakaicin saurin tsarin ya kasance mai tsayi a yanayin da aka ba.
Muhimmiyar hujja ta gaba ita ce kwayar halitta ta ƙunshi nau'ikan barbashi guda biyu: fermions da bosons, waɗanda aka bambanta ta hanyar jujjuyawar su (intronsic angular momentum), waɗanda ke da ƙima a cikin yanayi. Misali, electrons su ne fermions da rabi-integer spins, yayin da bosons ke da juzu'i na lamba, wanda ya sa halayen lissafin su ya bambanta.
Fermions suna son zama daban don haka yi biyayya da ƙa'idar keɓance Pauli, bisa ga abin da fermions biyu a cikin zarra ba zai iya samun yanayin adadi iri ɗaya ba. Wannan shi ne dalilin da ya sa electrons suke a cikin nau'i-nau'i daban-daban na atomic orbitals don haka ba su mamaye yanayin adadi ɗaya.
Bosons, a gefe guda, ba sa biyayya ga ƙa'idar ƙin yarda don haka ba su da wani ƙin yarda da mamaye ƙasa iri ɗaya. Abu mai wahala na gwajin shine sanya tsarin ya yi sanyi sosai ta yadda de Broglie raƙuman ruwa ya tsaya tsayin daka.
Masana kimiyya na Colorado sun cim ma wannan ta amfani da su tsarin sanyaya Laser wanda ya haɗa da buga samfuran atomic kai tsaye tare da katako na Laser shida, yana sa su raguwa kwatsam don haka suna rage yawan tashin hankalinsu.
A hankali, atom masu sanyaya suna makale a cikin filin maganadisu, yana barin ƙwayoyin zarra masu sauri su tsere don ƙara sanyaya tsarin. Atom ɗin da aka tsare ta wannan hanyar sun sami damar samar da ɗan ƙaramin kumfa na Bose-Einstein condensate na ɗan lokaci, wanda ya daɗe har ya isa a naɗa shi a hoto.
Aplicaciones
Ɗaya daga cikin mafi kyawun aikace-aikace na Bose-Einstein condensate yana ciki Ƙirƙirar na'urori masu dacewa don auna lokaci da gano raƙuman ruwa. Saboda atom ɗin da ke cikin maɓalli yana motsawa azaman mahalli guda ɗaya, sun fi daidai fiye da agogon atomic na al'ada kuma ana iya amfani da su don auna lokaci tare da daidaitattun da ba a taɓa gani ba.
Wani fannin da za a iya amfani da wannan yanayin na biyar shine a cikin ƙididdiga masu yawa, wanda zai iya ba da izini Ƙirƙirar kwamfutoci mafi ƙarfi da inganci fiye da na yanzu. Za a iya amfani da zarra a cikin tanda a matsayin qubits, ainihin tubalan ginin kwamfutar ƙididdiga, da ƙayyadaddun kaddarorin su na iya ba da damar ƙididdigewa da sauri da inganci fiye da yuwuwa tare da kwamfutoci na al'ada. Wannan shine dalilin da ya sa ake yawan magana game da kwamfutoci masu yawa a kwanakin nan.
Bugu da kari, ana kuma amfani da condensate na Bose-Einstein a cikin binciken ilimin kimiyyar lissafi da kuma ƙirƙirar sabbin kayayyaki tare da abubuwan ban mamaki. Alal misali, an yi amfani da shi ƙirƙira kayan aiki masu inganci waɗanda zasu iya kawo sauyi ga masana'antar lantarki da ba da damar ƙirƙirar na'urori masu inganci da ƙarfi.
Ina fatan da wannan bayanin zaku iya ƙarin koyo game da condensate Bose-Einstein, halaye da aikace-aikacensa.