Kondensat Bose–Einstein

Il-materja tista’ tinstab f’diversi stati aggregati, fosthom insibu solidi, gassijiet u likwidi; madankollu, hemm tipi oħra ta’ stati inqas magħrufa, li wieħed minnhom huwa magħruf bħala Kondensat Bose–Einstein, meqjus minn ħafna kimiċi, xjenzati u fiżiċi bħala l-ħames stat tal-materja.

F'dan l-artikolu ser ngħidulek x'inhu l-kondensat Bose-Einstein, il-karatteristiċi tiegħu, l-applikazzjonijiet u ħafna aktar.

X'inhu l-kondensat Bose-Einstein

Kondensat Bose-Einstein (BEC) huwa stat aggregat tal-materja, bħall-istati tas-soltu: gassuż, likwidu u solidu, iżda Dan iseħħ f'temperaturi estremament baxxi, qrib ħafna taż-żero assolut.

Tikkonsisti f'partiċelli msejħa bosons li, f'dawn it-temperaturi, joqogħdu fl-inqas stat quantum ta' enerġija magħruf bħala l-istat fundamentali. Albert Einstein bassar dan fl-1924 wara li qara karta dwar l-istatistika foton mibgħuta lilu mill-fiżiċista Indjan Satyendra Bose.

Mhux faċli li tikseb it-temperaturi meħtieġa biex jiġu ffurmati kondensati Bose-Einstein fil-laboratorju, raġuni għaliex sal-1995 ma kienx possibbli li jkun hemm it-teknoloġija meħtieġa. Dik is-sena, il-fiżiċi Amerikani Eric Cornell u Carl Wieman u l-fiżiku Ġermaniż Wolfgang Ketterle irnexxielhom josservaw l-ewwel kondensati Bose-Einstein. Ix-xjentisti ta 'Colorado użaw rubidium-87, filwaqt li Keitel kisbuh permezz ta' gass dilwit ħafna ta 'atomi tas-sodju.

Minħabba li dawn l-esperimenti fetħu l-bieb għal qasam ġdid ta 'studju tal-proprjetajiet tal-materja, Kettler, Cornell, u Wieman irċevew il-Premju Nobel 2001. Huwa preċiżament minħabba t-temperatura estremament baxxa li l-atomi tal-gass b'ċerti proprjetajiet jiffurmaw stat ordnat, li kollha jirnexxilhom jiksbu l-istess enerġija mnaqqsa u momentum, li ma jseħħx fil-materja ordinarja.

Il-karatteristiċi ewlenin

Kif issemma qabel, il-materja mhux biss għandha tliet stati bażiċi ta 'likwidu, solidu u gass, iżda għall-kuntrarju, hemm ir-raba 'u l-ħames stat li huma plażmatiċi u jonizzati. Kondensat Bose-Einstein huwa wieħed minn dawn l-istati u għandu diversi karatteristiċi:

• Huwa stat aggregat magħmul minn ġabra ta 'bosons li huma partiċelli elementari.
• Huwa meqjus bħala l-ħames stat ta 'aggregazzjoni li l-materjali jistgħu jassumu.
• Kien osservat għall-ewwel darba fl-1995, għalhekk huwa pjuttost ġdid.
• Għandu proċess ta 'kondensazzjoni qrib iż-żero assolut.
• Huwa super fluwidu, li jfisser li għandha l-abbiltà tas-sustanza li telimina l-frizzjoni.
• Huwa superkonduttur u għandu reżistenza elettrika żero.
• Huwa magħruf ukoll bħala kubu tas-silġ quantum.

Oriġini tal-kondensat Bose-Einstein

Meta gass ikun magħluq f'kontenitur, il-partiċelli li jiffurmaw il-gass normalment jinżammu f'distanza suffiċjenti minn xulxin li ftit li xejn ikun hemm interazzjoni, minbarra l-ħabta okkażjonali ma 'xulxin u mal-ħitan tal-kontenitur. Għalhekk il-mudell magħruf tal-gass ideali huwa derivat.

Madankollu, il-partiċelli huma f'aġitazzjoni termali permanenti, u t-temperatura hija l-parametru deċiżiv għall-veloċità: iktar ma tkun għolja t-temperatura, aktar malajr jimxu. Għalkemm il-veloċità ta 'kull partiċella tista' tvarja, il-veloċità medja tas-sistema tibqa 'kostanti f'temperatura partikolari.

Il-fatt importanti li jmiss huwa li l-materja tikkonsisti f'żewġ tipi ta 'partiċelli: fermions u bosons, distinti mill-ispin tagħhom (momentum angolari intrinsiku), li huma kompletament ta' natura kwantistika. Pereżempju, l-elettroni huma fermions bi spins nofs integer, filwaqt li bosons għandhom spins integer, li jagħmel l-imġieba statistika tagħhom differenti.

Fermions jħobbu jkunu differenti u għalhekk jobdu l-prinċipju tal-esklużjoni ta’ Pauli, skond liema żewġ fermions f'atomu ma jistax ikollhom l-istess stat quantum. Din hija r-raġuni għaliex l-elettroni huma f'orbitali atomiċi differenti u għalhekk ma jokkupawx l-istess stat quantum.

Il-bosoni, min-naħa l-oħra, ma jobdux il-prinċipju tar-repulsjoni u għalhekk m'għandhom l-ebda oġġezzjoni li jokkupaw l-istess stat quantum. Il-parti diffiċli tal-esperiment hija li żżomm is-sistema friska biżżejjed sabiex il-wavelength de Broglie jibqa 'għoli.

Ix-xjentisti ta 'Colorado wettqu dan billi użaw sistema tat-tkessiħ tal-lejżer li tinvolvi tolqot kampjuni atomiċi minn ras b'sitt raġġi tal-lejżer, li jġiegħelhom jonqsu f'daqqa u b'hekk inaqqsu ħafna d-disturbi termali tagħhom.

L-atomi aktar bil-mod u li jkessħu huma maqbuda fil-kamp manjetiku, u jippermettu li l-atomi aktar mgħaġġla jaħarbu biex ikomplu jkessħu s-sistema. Atomi konfinati b'dan il-mod irnexxielhom jiffurmaw biċċa żgħira tal-kondensat Bose-Einstein għal żmien qasir, li damet biżżejjed biex tiġi rreġistrata f'immaġni.

applikazzjonijiet

Waħda mill-aktar applikazzjonijiet promettenti tal-kondensat Bose-Einstein tinsab fiha il-ħolqien ta 'apparati ta' preċiżjoni għall-kejl tal-ħin u l-iskoperta ta 'mewġ gravitazzjonali. Minħabba li l-atomi f'kondensat jimxu bħala entità waħda, huma ħafna aktar preċiżi minn arloġġi atomiċi konvenzjonali u jistgħu jintużaw biex ikejlu l-ħin bi preċiżjoni bla preċedent.

Aspett ieħor fejn dan il-ħames stat tal-materja jista 'jiġi applikat huwa fil-komputazzjoni quantum, li jista' jippermetti il-ħolqien ta' kompjuters ħafna aktar b'saħħithom u effiċjenti minn dawk attwali. L-atomi f’kondensat jistgħu jintużaw bħala qubits, il-blokki bażiċi ta’ kompjuter quantum, u l-proprjetajiet quantum tagħhom jistgħu jippermettu kalkoli ħafna aktar mgħaġġla u preċiżi milli jkun possibbli bil-kompjuters konvenzjonali. Huwa għalhekk li f'dawn il-jiem qed titkellem ħafna dwar il-kompjuters quantum.

Barra minn hekk, il-kondensat Bose-Einstein jintuża wkoll fir-riċerka tal-fiżika tal-materjali u fil-ħolqien ta 'materjali ġodda bi proprjetajiet straordinarji. Per eżempju, ġie użat biex joħolqu materjali superkonduttivi li jistgħu jirrevoluzzjonaw l-industrija elettronika u jippermettu l-ħolqien ta 'apparati ħafna aktar effiċjenti u qawwija.

Nittama li b'din l-informazzjoni tista 'titgħallem aktar dwar il-kondensat Bose-Einstein, il-karatteristiċi u l-applikazzjonijiet tiegħu.