Materi dapat ditemukan dalam berbagai keadaan agregat, di antaranya kita menemukan padatan, gas, dan cairan; namun, ada jenis keadaan lain yang kurang dikenal, salah satunya dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein, dianggap oleh banyak ahli kimia, ilmuwan, dan fisikawan sebagai keadaan materi kelima.
Pada artikel ini kami akan memberi tahu Anda apa itu kondensat Bose-Einstein, karakteristiknya, aplikasinya, dan banyak lagi.
Apa itu kondensat Bose-Einstein
Kondensat Bose-Einstein (BEC) adalah keadaan agregat materi, seperti keadaan biasa: gas, cair dan padat, tetapi Itu terjadi pada suhu yang sangat rendah, sangat dekat dengan nol mutlak.
Ini terdiri dari partikel yang disebut boson yang, pada suhu ini, berada dalam keadaan kuantum energi terendah yang dikenal sebagai keadaan dasar. Albert Einstein meramalkan ini pada tahun 1924 setelah membaca makalah tentang statistik foton yang dikirimkan kepadanya oleh fisikawan India Satyendra Bose.
Tidak mudah mendapatkan suhu yang dibutuhkan untuk membentuk kondensat Bose-Einstein di laboratorium, alasan mengapa hingga tahun 1995 tidak mungkin memiliki teknologi yang diperlukan. Tahun itu, fisikawan Amerika Eric Cornell dan Carl Wieman serta fisikawan Jerman Wolfgang Ketterle berhasil mengamati kondensat Bose-Einstein pertama. Para ilmuwan Colorado menggunakan rubidium-87, sementara Keitel memperolehnya melalui gas atom natrium yang sangat encer.
Karena eksperimen-eksperimen ini membuka pintu ke bidang studi baru tentang sifat-sifat materi, Kettler, Cornell, dan Wieman menerima Hadiah Nobel 2001. Justru karena suhu yang sangat rendah atom gas dengan sifat-sifat tertentu membentuk keadaan teratur, semua yang berhasil memperoleh pengurangan energi dan momentum yang sama, yang tidak terjadi dalam materi biasa.
Fitur utama
Seperti disebutkan sebelumnya, materi tidak hanya memiliki tiga keadaan dasar cair, padat, dan gas, tetapi sebaliknya, ada keadaan keempat dan kelima yang bersifat plasmatik dan terionisasi. Kondensat Bose-Einstein adalah salah satu dari keadaan ini dan memiliki beberapa karakteristik:
- Ini adalah keadaan agregat yang terdiri dari kumpulan boson yang merupakan partikel elementer.
- Ini dianggap sebagai keadaan agregasi kelima yang dapat diasumsikan oleh material.
- Ini pertama kali diamati pada tahun 1995, jadi ini cukup baru.
- Ini memiliki proses kondensasi mendekati nol mutlak.
- Ini adalah cairan super, yang berarti memiliki kemampuan zat untuk menghilangkan gesekan.
- Ini superkonduktor dan memiliki hambatan listrik nol.
- Ia juga dikenal sebagai es batu kuantum.
Asal kondensat Bose-Einstein
Ketika gas tertutup dalam sebuah wadah, partikel-partikel yang menyusun gas biasanya berada pada jarak yang cukup satu sama lain sehingga hanya ada sedikit interaksi, selain dari tumbukan sesekali satu sama lain dan dengan dinding wadah. Oleh karena itu model gas ideal yang terkenal diturunkan.
Namun, partikel berada dalam agitasi termal permanen, dan suhu adalah parameter yang menentukan kecepatan: semakin tinggi suhunya, semakin cepat mereka bergerak. Meskipun kecepatan setiap partikel dapat bervariasi, kecepatan rata-rata sistem tetap konstan pada temperatur tertentu.
Fakta penting berikutnya adalah bahwa materi terdiri dari dua jenis partikel: fermion dan boson, dibedakan oleh putarannya (momentum sudut intrinsik), yang sepenuhnya bersifat kuantum. Misalnya, elektron adalah fermion dengan putaran setengah bilangan bulat, sedangkan boson memiliki putaran bilangan bulat, yang membuat perilaku statistiknya berbeda.
Fermion suka menjadi berbeda dan karena itu mematuhi prinsip eksklusi Pauli, yang menurutnya dua fermion dalam sebuah atom tidak dapat memiliki keadaan kuantum yang sama. Inilah alasan mengapa elektron berada dalam orbital atom yang berbeda dan karena itu tidak menempati keadaan kuantum yang sama.
Boson, di sisi lain, tidak mematuhi prinsip tolakan dan karena itu tidak keberatan menempati keadaan kuantum yang sama. Bagian yang sulit dari eksperimen ini adalah menjaga agar sistem cukup dingin sehingga panjang gelombang de Broglie tetap tinggi.
Ilmuwan Colorado menyelesaikan ini dengan menggunakan sistem pendingin laser yang melibatkan memukul sampel atom secara langsung dengan enam sinar laser, menyebabkan mereka tiba-tiba melambat dan dengan demikian sangat mengurangi gangguan termal mereka.
Atom yang lebih lambat dan lebih dingin terperangkap dalam medan magnet, memungkinkan atom yang lebih cepat keluar untuk mendinginkan sistem lebih lanjut. Atom yang terkurung dengan cara ini berhasil membentuk gumpalan kecil kondensat Bose-Einstein dalam waktu singkat, yang bertahan cukup lama untuk direkam dalam sebuah gambar.
aplikasi
Salah satu aplikasi kondensat Bose-Einstein yang paling menjanjikan adalah penciptaan perangkat presisi untuk pengukuran waktu dan deteksi gelombang gravitasi. Karena atom dalam kondensat bergerak sebagai satu kesatuan, mereka jauh lebih akurat daripada jam atom konvensional dan dapat digunakan untuk mengukur waktu dengan presisi yang belum pernah ada sebelumnya.
Aspek lain di mana materi kelima ini dapat diterapkan adalah dalam komputasi kuantum, yang memungkinkan penciptaan komputer jauh lebih kuat dan efisien daripada yang sekarang. Atom dalam kondensat dapat digunakan sebagai qubit, blok bangunan dasar komputer kuantum, dan sifat kuantumnya dapat memungkinkan penghitungan yang jauh lebih cepat dan lebih akurat daripada yang mungkin dilakukan dengan komputer konvensional. Inilah mengapa ada banyak pembicaraan tentang komputer kuantum akhir-akhir ini.
Selain itu, kondensat Bose-Einstein juga digunakan dalam penelitian fisika material dan dalam pembuatan material baru dengan sifat luar biasa. Misalnya sudah terbiasa membuat bahan superkonduktor yang dapat merevolusi industri elektronik dan memungkinkan pembuatan perangkat yang jauh lebih efisien dan bertenaga.
Saya harap dengan informasi ini Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang kondensat Bose-Einstein, karakteristik dan aplikasinya.