Бозе-Эйнштейн конденсаты

Материяны әртүрлі агрегаттық күйлерде табуға болады, олардың арасында біз қатты денелерді, газдарды және сұйықтарды табамыз; дегенмен, аз белгілі күйлердің басқа түрлері бар, олардың бірі ретінде белгілі Бозе-Эйнштейн конденсаты, көптеген химиктер, ғалымдар және физиктер материяның бесінші күйі ретінде қарастырады.

Бұл мақалада біз Бозе-Эйнштейн конденсаты дегеніміз не, оның сипаттамалары, қолданылуы және т.б.

Бозе-Эйнштейн конденсаты дегеніміз не

Бозе-Эйнштейн конденсаты (BEC) - әдеттегі күйлер сияқты материяның агрегаттық күйі: газ тәрізді, сұйық және қатты, бірақ Ол абсолютті нөлге өте жақын, өте төмен температурада болады.

Ол бозондар деп аталатын бөлшектерден тұрады, олар осы температураларда негізгі күй деп аталатын ең төменгі энергиялық кванттық күйде тұрады. Альберт Эйнштейн бұл туралы 1924 жылы үнді физигі Сатиендра Бозе жіберген фотон статистикасы туралы мақаланы оқығаннан кейін болжаған.

Бозе-Эйнштейн конденсаттарын қалыптастыру үшін қажетті температураны зертханада алу оңай емес, себебі 1995 жылға дейін қажетті технологияның болуы мүмкін емес еді. Сол жылы американдық физиктер Эрик Корнелл мен Карл Виман және неміс физигі Вольфганг Кеттерле Бозе-Эйнштейннің алғашқы конденсаттарын бақылай алды. Колорадо ғалымдары рубидий-87 пайдаланды, ал Кейтель оны натрий атомдарының жоғары сұйылтылған газы арқылы алды.

Бұл эксперименттер материяның қасиеттерін зерттеудің жаңа саласына жол ашқандықтан, Кеттлер, Корнелл және Виман 2001 жылы Нобель сыйлығын алды.Дәл өте төмен температураның арқасында белгілі бір қасиеттері бар газ атомдары реттелген күй құрайды. соның бәрі бірдей төмендетілген энергия мен импульсті алуға мүмкіндік береді, бұл қарапайым материяда болмайды.

Негізгі сипаттамалары

Жоғарыда айтылғандай, заттың сұйық, қатты және газдың үш негізгі күйі ғана емес, керісінше, плазмалық және иондалған төртінші және бесінші күй бар. Бозе-Эйнштейн конденсаты осы күйлердің бірі және бірнеше сипаттамалары бар:

• Бұл элементар бөлшектер болып табылатын бозондар жиынтығынан тұратын агрегаттық күй.
• Бұл материалдар қабылдай алатын біріктірудің бесінші күйі болып саналады.
• Ол алғаш рет 1995 жылы байқалды, сондықтан ол өте жаңа.
• Оның абсолютті нөлге жақын конденсация процесі бар.
• Бұл өте сұйықтық, яғни оның заттың үйкелісті жою мүмкіндігі бар.
• Ол асқын өткізгіш және нөлдік электр кедергісі бар.
• Ол кванттық мұз текшесі ретінде де белгілі.

Бозе-Эйнштейн конденсатының шығу тегі

Газды ыдысқа салғанда, газды құрайтын бөлшектер әдетте бір-бірінен жеткілікті қашықтықта ұсталады, бұл бір-бірімен және ыдыстың қабырғаларымен кездейсоқ соқтығысуды қоспағанда, өте аз әсерлеседі. Осыдан белгілі идеал газ моделі шығады.

Дегенмен, бөлшектер тұрақты термиялық араластыруда және температура жылдамдықтың шешуші параметрі болып табылады: температура неғұрлым жоғары болса, соғұрлым олар тезірек қозғалады. Әрбір бөлшектің жылдамдығы әртүрлі болғанымен, жүйенің орташа жылдамдығы берілген температурада тұрақты болып қалады.

Келесі маңызды факт мынада, материя бөлшектердің екі түрінен тұрады: фермиондар мен бозондар, олардың спинімен (ішкі бұрыштық импульс) ерекшеленеді, олар табиғатта толығымен кванттық. Мысалы, электрондар жартылай бүтін спиндері бар фермиондар, ал бозондарда бүтін спиндер бар, бұл олардың статистикалық әрекетін әр түрлі етеді.

Фермиондар әртүрлі болуды ұнатады, сондықтан Паули алып тастау принципіне бағыну, оған сәйкес атомдағы екі фермион бірдей кванттық күйге ие бола алмайды. Бұл электрондардың әртүрлі атомдық орбитальдарда болуының себебі, сондықтан бірдей кванттық күйде болмайды.

Бозондар, керісінше, итеру принципіне бағынбайды, сондықтан бірдей кванттық күйді алуға қарсы емес. Эксперименттің қиын бөлігі де Бройль толқын ұзындығы жоғары болып қалуы үшін жүйені жеткілікті салқын ұстау болып табылады.

Колорадо ғалымдары мұны қолдану арқылы жүзеге асырды алты лазер сәулесімен атом үлгілеріне тікелей соғуды қамтитын лазерлік салқындату жүйесі, олардың кенеттен баяулауына әкеліп соғады және осылайша олардың жылулық бұзылыстарын айтарлықтай азайтады.

Баяуырақ, салқынырақ атомдар магнит өрісінде ұсталып, жүйені одан әрі салқындату үшін жылдамырақ атомдарға шығуға мүмкіндік береді. Осылайша шектелген атомдар қысқа уақытқа Бозе-Эйнштейн конденсатының кішкене бөртпесін құра алды, ол суретке түсіру үшін жеткілікті ұзаққа созылды.

Өтініштер

Бозе-Эйнштейн конденсатының ең перспективалы қолданбаларының бірі болып табылады уақытты өлшеуге және гравитациялық толқындарды анықтауға арналған дәлдік құрылғыларын жасау. Конденсаттағы атомдар біртұтас нысан ретінде қозғалатындықтан, олар әдеттегі атомдық сағаттарға қарағанда әлдеқайда дәл және уақытты бұрын-соңды болмаған дәлдікпен өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін.

Материяның осы бесінші күйін қолдануға болатын тағы бір аспект кванттық есептеулер болып табылады, бұл мүмкіндік береді қазіргі компьютерлерден әлдеқайда қуатты және тиімді компьютерлерді жасау. Конденсаттағы атомдар кванттық компьютердің негізгі құрылыс блоктары болып табылатын кубиттер ретінде пайдаланылуы мүмкін және олардың кванттық қасиеттері кәдімгі компьютерлерге қарағанда әлдеқайда жылдам және дәлірек есептеулерге мүмкіндік береді. Сондықтан қазіргі уақытта кванттық компьютерлер туралы көп айтылады.

Сонымен қатар, Бозе-Эйнштейн конденсаты материалдар физикасын зерттеуде және ерекше қасиеттері бар жаңа материалдарды жасауда да қолданылады. Мысалы, ол үйреніп қалған электроника өнеркәсібінде төңкеріс жасай алатын асқын өткізгіш материалдарды жасаңыз және әлдеқайда тиімді және қуатты құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді.

Осы ақпарат арқылы сіз Бозе-Эйнштейн конденсаты, оның сипаттамалары және қолданылуы туралы көбірек біле аласыз деп үміттенемін.