물질은 다양한 응집 상태에서 발견될 수 있으며 그 중에는 고체, 기체 및 액체가 있습니다. 보스-아인슈타인 응축수, 많은 화학자, 과학자 및 물리학자가 물질의 다섯 번째 상태로 간주합니다.
이 기사에서는 Bose-Einstein 응축수가 무엇인지, 그 특성, 응용 프로그램 등을 설명합니다.
보스-아인슈타인 응축수란?
Bose-Einstein Condensate(BEC)는 기체, 액체 및 고체와 같은 일반적인 상태와 마찬가지로 물질의 집합체 상태입니다. 절대 영도에 매우 가까운 극도로 낮은 온도에서 발생합니다.
그것은 이러한 온도에서 바닥 상태로 알려진 가장 낮은 에너지 양자 상태에 있는 보손이라는 입자로 구성됩니다. Albert Einstein은 1924년 인도의 물리학자 Satyendra Bose가 보낸 광자 통계에 관한 논문을 읽고 이를 예측했습니다.
실험실에서 Bose-Einstein 응축물을 형성하는 데 필요한 온도를 얻는 것은 쉽지 않습니다. 1995년까지 필요한 기술을 갖추지 못한 이유. 그해 미국의 물리학자 에릭 코넬과 칼 위먼, 독일의 물리학자 볼프강 케테를은 최초의 보스-아인슈타인 응축물을 관찰했습니다. 콜로라도 과학자들은 루비듐-87을 사용했고 Keitel은 나트륨 원자의 매우 희석된 가스를 통해 그것을 얻었습니다.
이러한 실험은 물질의 성질에 대한 새로운 연구 분야의 문을 열었기 때문에 Kettler, Cornell, Wieman은 2001년 노벨상을 수상했습니다. 그 모든 것 감소된 동일한 에너지와 추진력을 얻을 수 있습니다., 일반적인 문제에서는 발생하지 않습니다.
주요 기능
앞서 언급한 바와 같이 물질은 액체, 고체, 기체의 세 가지 기본 상태를 가질 뿐만 아니라, 반대로 플라스마성 및 이온화된 네 번째 및 다섯 번째 상태가 있습니다. 보스-아인슈타인 응축물은 이러한 상태 중 하나이며 다음과 같은 몇 가지 특성을 가지고 있습니다.
- 소립자인 보손의 집합체로 이루어진 집합체 상태이다.
- 재료가 가정할 수 있는 다섯 번째 집계 상태로 간주됩니다.
- 1995년에 처음 관찰되었으므로 꽤 새롭습니다.
- 절대 영도에 가까운 응축 과정이 있습니다.
- 그것은 마찰을 제거하는 물질의 능력이 있음을 의미하는 초유체입니다.
- 초전도성이며 전기 저항이 XNUMX입니다.
- 양자 아이스 큐브라고도합니다.
보스-아인슈타인 응축물의 기원
기체가 용기에 담겨 있을 때, 기체를 구성하는 입자는 일반적으로 서로 충분한 거리를 유지하여 간헐적으로 서로 충돌하고 용기 벽과 충돌하는 것을 제외하고 상호 작용이 거의 없습니다. 따라서 잘 알려진 이상 기체 모델이 파생됩니다.
그러나 입자는 영구적인 열 교반 상태이며 온도는 속도에 대한 결정적인 매개변수입니다. 온도가 높을수록 더 빨리 움직입니다.. 각 입자의 속도는 다를 수 있지만 시스템의 평균 속도는 주어진 온도에서 일정하게 유지됩니다.
다음으로 중요한 사실은 물질이 본질적으로 완전히 양자인 스핀(고유 각운동량)으로 구별되는 페르미온과 보존이라는 두 가지 유형의 입자로 구성되어 있다는 것입니다. 예를 들어, 전자는 반정수 스핀을 갖는 페르미온인 반면, 보손은 정수 스핀을 가지므로 통계적 행동이 다릅니다.
Fermions는 다른 것을 좋아하므로 Pauli 배타 원칙을 준수에 따르면 원자의 두 페르미온은 동일한 양자 상태를 가질 수 없습니다. 이것이 전자가 서로 다른 원자 궤도에 있고 따라서 동일한 양자 상태를 차지하지 않는 이유입니다.
반면에 보손은 반발 원리를 따르지 않으므로 동일한 양자 상태를 점유하는 데 반대하지 않습니다. 실험의 어려운 부분은 de Broglie 파장이 높게 유지되도록 시스템을 충분히 냉각시키는 것입니다.
콜로라도 과학자들은 다음을 사용하여 이를 달성했습니다. XNUMX개의 레이저 빔으로 원자 샘플을 정면으로 타격하는 레이저 냉각 시스템, 갑자기 속도가 느려지므로 열 교란이 크게 줄어듭니다.
더 느리고 더 차가운 원자는 자기장에 갇혀 더 빠른 원자가 탈출하여 시스템을 더 식힐 수 있습니다. 이런 식으로 갇힌 원자는 짧은 시간 동안 보스-아인슈타인 응축물의 작은 덩어리를 형성할 수 있었고, 이미지에 기록될 수 있을 만큼 오래 지속되었습니다.
응용 프로그램
보스-아인슈타인 응축물의 가장 유망한 응용 분야 중 하나는 다음과 같습니다. 시간 측정 및 중력파 감지를 위한 정밀 장치 제작. 응축액의 원자는 단일 개체로 움직이기 때문에 기존의 원자 시계보다 훨씬 정확하고 전례 없는 정밀도로 시간을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
물질의 다섯 번째 상태를 적용할 수 있는 또 다른 측면은 양자 컴퓨팅입니다. 현재보다 훨씬 강력하고 효율적인 컴퓨터 생성. 응축액의 원자는 양자 컴퓨터의 기본 구성 요소인 큐비트로 사용될 수 있으며 양자 특성은 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 정확한 계산을 가능하게 합니다. 요즘 양자컴퓨터에 대한 이야기가 많은 이유다.
또한, Bose-Einstein 응축수는 재료 물리학 연구와 뛰어난 특성을 지닌 새로운 재료를 만드는 데에도 사용됩니다. 예를 들어, 전자 산업을 혁신할 수 있는 초전도 재료를 만듭니다. 훨씬 더 효율적이고 강력한 장치를 만들 수 있습니다.
이 정보를 통해 Bose-Einstein 응축수, 그 특성 및 응용에 대해 더 많이 알 수 있기를 바랍니다.