Bose-Einšteino kondensatas

Bose einšteino kondensato charakteristikos

Medžiagų galima rasti įvairių agreguotų būsenų, tarp kurių randame kietųjų, dujų ir skysčių, tačiau yra ir kitų tipų mažiau žinomų būsenų, iš kurių viena yra žinoma kaip Bose-Einšteino kondensatas, kurią daugelis chemikų, mokslininkų ir fizikų laiko penktąja materijos būsena.

Šiame straipsnyje mes jums pasakysime, kas yra Bose-Einstein kondensatas, jo charakteristikos, pritaikymai ir daug daugiau.

Kas yra Bose-Einšteino kondensatas

Bose-Einšteino kondensatas

Bose-Einstein kondensatas (BEC) yra agreguota materijos būsena, kaip ir įprastinės būsenos: dujinė, skysta ir kieta, bet Tai vyksta esant itin žemai temperatūrai, labai artimai absoliučiam nuliui.

Jį sudaro dalelės, vadinamos bozonais, kurios, esant tokioms temperatūroms, yra žemiausios energijos kvantinėje būsenoje, žinomoje kaip pagrindinė būsena. Albertas Einšteinas tai numatė 1924 m., perskaitęs straipsnį apie fotonų statistiką, kurį jam atsiuntė indų fizikas Satyendra Bose.

Laboratorijoje nėra lengva pasiekti temperatūrą, reikalingą Bose-Einstein kondensatams susidaryti, priežastis, kodėl iki 1995 m. nebuvo įmanoma turėti reikiamų technologijų. Tais metais amerikiečių fizikai Ericas Cornell ir Carl Wieman bei vokiečių fizikas Wolfgang Ketterle sugebėjo stebėti pirmuosius Bose-Einstein kondensatus. Kolorado mokslininkai naudojo rubidį-87, o Keitelis jį gavo per labai praskiestas natrio atomų dujas.

Kadangi šie eksperimentai atvėrė duris naujai materijos savybių tyrimo sričiai, 2001 m. Nobelio premiją gavo Ketleris, Kornelis ir Wiemanas. Būtent dėl ​​itin žemos temperatūros tam tikrų savybių dujų atomai sudaro tvarkingą būseną. Visi iš kurių pavyksta įgyti tą pačią sumažintą energiją ir pagreitį, o tai neįvyksta įprastame reikale.

pagrindinės funkcijos

penktoji materijos būsena

Kaip minėta anksčiau, medžiaga turi ne tik tris pagrindines būsenas – skystą, kietą ir dujinę, bet, priešingai, yra ketvirta ir penkta būsena, kurios yra plazminės ir jonizuotos. Bose-Einstein kondensatas yra viena iš šių būsenų ir turi keletą savybių:

  • Tai agreguota būsena, sudaryta iš bozonų, kurie yra elementariosios dalelės, rinkinio.
  • Tai laikoma penktąja agregavimo būsena, kurią gali įgyti medžiagos.
  • Pirmą kartą jis buvo pastebėtas 1995 m., todėl tai gana nauja.
  • Jame kondensacijos procesas yra artimas absoliučiam nuliui.
  • Tai ypač skysta, o tai reiškia, kad ji turi medžiagos savybę pašalinti trintį.
  • Jis yra superlaidus ir neturi nulinės elektrinės varžos.
  • Jis taip pat žinomas kaip kvantinis ledo kubas.

Bose-Einstein kondensato kilmė

super fotonas

Kai dujos yra uždarytos talpykloje, dalelės, sudarančios dujas, paprastai laikomos pakankamu atstumu viena nuo kitos, kad būtų labai mažai sąveikos, neskaitant atsitiktinio susidūrimo viena su kita ir su talpyklos sienelėmis. Taigi gaunamas gerai žinomas idealių dujų modelis.

Tačiau dalelės yra nuolat termiškai maišomos, o temperatūra yra lemiamas greičio parametras: kuo aukštesnė temperatūra, tuo greičiau jie juda. Nors kiekvienos dalelės greitis gali skirtis, vidutinis sistemos greitis tam tikroje temperatūroje išlieka pastovus.

Kitas svarbus faktas yra tas, kad materiją sudaro dviejų tipų dalelės: fermionai ir bozonai, išsiskiriantys savo sukimu (vidiniu kampiniu momentu), kurie savo prigimtimi yra visiškai kvantinės. Pavyzdžiui, elektronai yra fermionai, kurių sukiniai yra pusiau sveikieji, o bozonai turi sveikųjų skaičių, todėl jų statistinis elgesys skiriasi.

Fermionai mėgsta skirtis ir todėl paklusti Pauli išskyrimo principui, pagal kurią du fermionai atome negali turėti tos pačios kvantinės būsenos. Tai yra priežastis, kodėl elektronai yra skirtingose ​​atominėse orbitose ir todėl neužima tos pačios kvantinės būsenos.

Kita vertus, bozonai nepaklūsta atstūmimo principui ir todėl neprieštarauja užimti tą pačią kvantinę būseną. Sudėtinga eksperimento dalis yra išlaikyti sistemą pakankamai vėsią, kad de Broglie bangos ilgis išliktų didelis.

Kolorado mokslininkai tai padarė naudodami lazerinė aušinimo sistema, apimanti atominių mėginių smogimą priešais šešis lazerio spindulius, dėl kurių jie staiga sulėtėja ir taip smarkiai sumažėja jų šiluminiai trikdžiai.

Lėtesni, šaltesni atomai yra įstrigę magnetiniame lauke, todėl greitesni atomai gali pabėgti ir toliau aušinti sistemą. Taip apriboti atomai sugebėjo trumpą laiką suformuoti mažą Bose-Einstein kondensato dėmę, kuri truko pakankamai ilgai, kad būtų įrašyta į vaizdą.

programos

Vienas iš perspektyviausių Bose-Einstein kondensato pritaikymų yra tiksliųjų prietaisų, skirtų laiko matavimui ir gravitacinėms bangoms aptikti, sukūrimas. Kadangi kondensato atomai juda kaip vienas subjektas, jie yra daug tikslesni nei įprasti atominiai laikrodžiai ir gali būti naudojami laikui matuoti precedento neturinčiu tikslumu.

Kitas aspektas, kur galima pritaikyti šią penktąją materijos būseną, yra kvantinė kompiuterija, kuri galėtų leisti kur kas galingesnių ir efektyvesnių už dabartinius kompiuterius. Kondensate esantys atomai gali būti naudojami kaip kubitai, pagrindiniai kvantinio kompiuterio elementai, o jų kvantinės savybės leidžia atlikti daug greitesnius ir tikslesnius skaičiavimus, nei įmanoma naudojant įprastus kompiuterius. Štai kodėl šiais laikais daug kalbama apie kvantinius kompiuterius.

Be to, Bose-Einstein kondensatas taip pat naudojamas medžiagų fizikos tyrimams ir kuriant naujas medžiagas, turinčias ypatingų savybių. Pavyzdžiui, buvo įpratęs sukurti superlaidžias medžiagas, kurios galėtų pakeisti elektronikos pramonę ir leidžia sukurti daug efektyvesnius ir galingesnius įrenginius.

Tikiuosi, kad turėdami šią informaciją galėsite daugiau sužinoti apie Bose-Einstein kondensatą, jo charakteristikas ir pritaikymą.


Būkite pirmas, kuris pakomentuos

Palikite komentarą

Jūsų elektroninio pašto adresas nebus skelbiamas. Privalomi laukai yra pažymėti *

*

*

  1. Atsakingas už duomenis: Miguel Ángel Gatón
  2. Duomenų paskirtis: kontroliuoti šlamštą, komentarų valdymą.
  3. Įteisinimas: jūsų sutikimas
  4. Duomenų perdavimas: Duomenys nebus perduoti trečiosioms šalims, išskyrus teisinius įsipareigojimus.
  5. Duomenų saugojimas: „Occentus Networks“ (ES) talpinama duomenų bazė
  6. Teisės: bet kuriuo metu galite apriboti, atkurti ir ištrinti savo informaciją.