Bose-Einsteinov kondenzát

charakteristiky bose-einsteinovho kondenzátu

Hmota sa môže nachádzať v rôznych agregovaných stavoch, medzi ktorými nájdeme pevné látky, plyny a kvapaliny; existujú však aj iné typy menej známych stavov, z ktorých jeden je známy ako Boseho-Einsteinov kondenzát, ktorú mnohí chemici, vedci a fyzici považujú za piate skupenstvo hmoty.

V tomto článku vám povieme, čo je Bose-Einsteinov kondenzát, jeho vlastnosti, aplikácie a oveľa viac.

Čo je Bose-Einsteinov kondenzát

bose-einsteinov kondenzát

Bose-Einsteinov kondenzát (BEC) je súhrnný stav hmoty, ako bežné stavy: plynný, kvapalný a pevný, ale Vyskytuje sa pri extrémne nízkych teplotách, veľmi blízkych absolútnej nule.

Pozostáva z častíc nazývaných bozóny, ktoré sa pri týchto teplotách nachádzajú v kvantovom stave s najnižšou energiou známom ako základný stav. Albert Einstein to predpovedal v roku 1924 po prečítaní článku o štatistike fotónov, ktorý mu poslal indický fyzik Satyendra Bose.

Nie je ľahké v laboratóriu získať teploty potrebné na tvorbu Bose-Einsteinových kondenzátov, dôvod, prečo do roku 1995 nebolo možné mať potrebnú technológiu. V tom roku sa americkým fyzikom Ericovi Cornellovi a Carlovi Wiemanovi a nemeckému fyzikovi Wolfgangovi Ketterlemu podarilo pozorovať prvé Bose-Einsteinove kondenzáty. Vedci z Colorada použili rubídium-87, zatiaľ čo Keitel ho získal prostredníctvom vysoko zriedeného plynu atómov sodíka.

Pretože tieto experimenty otvorili dvere do novej oblasti štúdia vlastností hmoty, Kettler, Cornell a Wieman dostali Nobelovu cenu za rok 2001. Práve kvôli extrémne nízkej teplote vytvárajú atómy plynu s určitými vlastnosťami usporiadaný stav, z ktorých všetky podarí získať rovnakú zníženú energiu a hybnosť, čo sa v bežnej hmote nedeje.

kľúčové vlastnosti

piaty stav hmoty

Ako už bolo spomenuté, hmota má nielen tri základné stavy kvapalina, tuhá látka a plyn, ale naopak, existuje štvrtý a piaty stav, ktoré sú plazmatické a ionizované. Bose-Einsteinov kondenzát je jedným z týchto stavov a má niekoľko charakteristík:

  • Je to súhrnný stav tvorený súborom bozónov, ktoré sú elementárnymi časticami.
  • Považuje sa za piaty stav agregácie, ktorý môžu materiály nadobudnúť.
  • Prvýkrát bol pozorovaný v roku 1995, takže je celkom nový.
  • Má kondenzačný proces blízky absolútnej nule.
  • Je super tekutý, čo znamená, že má schopnosť látky eliminovať trenie.
  • Je supravodivý a má nulový elektrický odpor.
  • Je tiež známy ako kvantová kocka ľadu.

Pôvod Boseho-Einsteinovho kondenzátu

super fotón

Keď je plyn uzavretý v nádobe, častice, ktoré tvoria plyn, sú normálne udržiavané v dostatočnej vzdialenosti od seba, takže dochádza k veľmi malej interakcii, okrem občasných kolízií medzi sebou a so stenami nádoby. Preto je odvodený známy model ideálneho plynu.

Častice sú však v permanentnom tepelnom miešaní a teplota je rozhodujúcim parametrom pre rýchlosť: čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie sa pohybujú. Aj keď sa rýchlosť každej častice môže meniť, priemerná rýchlosť systému zostáva pri danej teplote konštantná.

Ďalšou dôležitou skutočnosťou je, že hmota pozostáva z dvoch typov častíc: fermiónov a bozónov, ktoré sa vyznačujú spinom (vnútorným momentom hybnosti), ktoré sú vo svojej podstate úplne kvantové. Napríklad elektróny sú fermióny s polovičnými celočíselnými rotáciami, zatiaľ čo bozóny majú celočíselné rotácie, čo odlišuje ich štatistické správanie.

Fermióny sa radi líšia a preto dodržiavať Pauliho vylučovací princíp, podľa ktorého dva fermióny v atóme nemôžu mať rovnaký kvantový stav. To je dôvod, prečo sú elektróny v rôznych atómových orbitáloch, a preto nezaberajú rovnaký kvantový stav.

Na druhej strane bozóny neposlúchajú princíp odpudzovania, a preto nemajú námietky proti obsadzovaniu rovnakého kvantového stavu. Zložitou časťou experimentu je udržať systém dostatočne chladný, aby de Broglieho vlnová dĺžka zostala vysoká.

Vedci z Colorada to dosiahli pomocou laserový chladiaci systém, ktorý zahŕňa priamy zásah do atómových vzoriek šiestimi laserovými lúčmi, spôsobí, že sa náhle spomalia a tým výrazne znížia svoje tepelné poruchy.

Pomalšie, chladnejšie atómy sú zachytené v magnetickom poli, čo umožňuje rýchlejším atómom uniknúť a ďalej ochladzovať systém. Takto ohraničené atómy dokázali na krátky čas vytvoriť malú kvapku Boseho-Einsteinovho kondenzátu, ktorá trvala dostatočne dlho na to, aby sa dala zaznamenať do obrazu.

aplikácie

Jedna z najsľubnejších aplikácií Bose-Einsteinovho kondenzátu je v vytvorenie presných zariadení na meranie času a detekciu gravitačných vĺn. Pretože sa atómy v kondenzáte pohybujú ako jeden celok, sú oveľa presnejšie ako bežné atómové hodiny a možno ich použiť na meranie času s bezprecedentnou presnosťou.

Ďalším aspektom, kde je možné použiť tento piaty stav hmoty, je kvantová výpočtová technika, ktorá by to mohla umožniť vytváranie počítačov oveľa výkonnejších a efektívnejších ako tie súčasné. Atómy v kondenzáte môžu byť použité ako qubity, základné stavebné kamene kvantového počítača, a ich kvantové vlastnosti by mohli umožniť oveľa rýchlejšie a presnejšie výpočty, ako je to možné s konvenčnými počítačmi. To je dôvod, prečo sa v súčasnosti veľa hovorí o kvantových počítačoch.

Okrem toho sa Bose-Einsteinov kondenzát používa aj pri výskume fyziky materiálov a pri vytváraní nových materiálov s mimoriadnymi vlastnosťami. Napríklad bolo zvyknuté vytvoriť supravodivé materiály, ktoré by mohli spôsobiť revolúciu v elektronickom priemysle a umožňujú vytvárať oveľa efektívnejšie a výkonnejšie zariadenia.

Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o Bose-Einsteinovom kondenzáte, jeho charakteristikách a aplikáciách.


Buďte prvý komentár

Zanechajte svoj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Povinné položky sú označené *

*

*

  1. Zodpovedný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajov: Kontrolný SPAM, správa komentárov.
  3. Legitimácia: Váš súhlas
  4. Oznamovanie údajov: Údaje nebudú poskytnuté tretím stranám, iba ak to vyplýva zo zákona.
  5. Ukladanie dát: Databáza hostená spoločnosťou Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Svoje údaje môžete kedykoľvek obmedziť, obnoviť a vymazať.