Materia mund të gjendet në gjendje të ndryshme agregate, ndër të cilat gjejmë solide, gazra dhe lëngje; megjithatë, ka lloje të tjera të gjendjeve më pak të njohura, njëra prej të cilave njihet si Kondensata Bose-Einstein, i konsideruar nga shumë kimistë, shkencëtarë dhe fizikantë si gjendja e pestë e materies.
Në këtë artikull do t'ju tregojmë se çfarë është kondensata Bose-Einstein, karakteristikat, aplikimet dhe shumë më tepër.
Çfarë është kondensata Bose-Einstein
Një kondensatë Bose-Einstein (BEC) është një gjendje agregate e materies, si gjendjet e zakonshme: të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë, por Ndodh në temperatura jashtëzakonisht të ulëta, shumë afër zeros absolute.
Ai përbëhet nga grimca të quajtura bozone që, në këto temperatura, qëndrojnë në gjendjen kuantike të energjisë më të ulët të njohur si gjendja bazë. Albert Ajnshtajni e parashikoi këtë në vitin 1924 pasi lexoi një punim mbi statistikat e fotoneve dërguar atij nga fizikani indian Satyendra Bose.
Nuk është e lehtë të merren temperaturat e nevojshme për të formuar kondensatat Bose-Einstein në laborator, arsyeja pse deri në vitin 1995 nuk ishte e mundur të kishte teknologjinë e nevojshme. Atë vit, fizikantët amerikanë Eric Cornell dhe Carl Wieman dhe fizikani gjerman Wolfgang Ketterle arritën të vëzhgonin kondensatat e para Bose-Einstein. Shkencëtarët e Kolorados përdorën rubidium-87, ndërsa Keitel e mori atë përmes një gazi shumë të holluar të atomeve të natriumit.
Për shkak se këto eksperimente hapën derën e një fushe të re studimi të vetive të materies, Kettler, Cornell dhe Wieman morën çmimin Nobel në vitin 2001. Është pikërisht për shkak të temperaturës jashtëzakonisht të ulët që atomet e gazit me veti të caktuara formojnë një gjendje të renditur. të gjitha këto arrijnë të fitojnë të njëjtën energji dhe vrull të reduktuar, gjë që nuk ndodh në çështjen e zakonshme.
tipare kryesore
Siç u përmend më parë, materia jo vetëm që ka tre gjendje themelore të lëngshme, të ngurtë dhe të gaztë, por përkundrazi, ka një gjendje të katërt dhe një të pestë që janë plazmatike dhe jonizuese. Një kondensatë Bose-Einstein është një nga këto gjendje dhe ka disa karakteristika:
- Është një gjendje agregate e përbërë nga një koleksion bozonesh që janë grimca elementare.
- Konsiderohet si gjendja e pestë e grumbullimit që mund të marrin materialet.
- Ai u vëzhgua për herë të parë në 1995, kështu që është goxha i ri.
- Ka një proces kondensimi afër zeros absolute.
- Është super lëng, që do të thotë se ka aftësinë e substancës për të eliminuar fërkimin.
- Është superpërçues dhe ka zero rezistencë elektrike.
- Njihet gjithashtu si një kub kuantik akulli.
Origjina e kondensatës Bose-Einstein
Kur një gaz është i mbyllur në një enë, grimcat që përbëjnë gazin zakonisht mbahen në një distancë të mjaftueshme nga njëra-tjetra që të ketë shumë pak ndërveprim, përveç përplasjeve të herëpashershme me njëra-tjetrën dhe me muret e enës. Prandaj është nxjerrë modeli i njohur ideal i gazit.
Sidoqoftë, grimcat janë në trazim termik të përhershëm, dhe temperatura është parametri vendimtar për shpejtësinë: sa më e lartë të jetë temperatura, aq më shpejt lëvizin. Megjithëse shpejtësia e secilës grimcë mund të ndryshojë, shpejtësia mesatare e sistemit mbetet konstante në një temperaturë të caktuar.
Fakti tjetër i rëndësishëm është se materia përbëhet nga dy lloje grimcash: fermione dhe bozone, të dalluara nga spin-i i tyre (momenti këndor i brendshëm), të cilat janë plotësisht kuantike në natyrë. Për shembull, elektronet janë fermione me rrotullime gjysmë të plotë, ndërsa bozonët kanë rrotullime me numër të plotë, gjë që e bën sjelljen e tyre statistikore të ndryshme.
Fermionet pëlqejnë të jenë të ndryshëm dhe prandaj i binden parimit të përjashtimit të Paulit, sipas të cilit dy fermione në një atom nuk mund të kenë të njëjtën gjendje kuantike. Kjo është arsyeja pse elektronet janë në orbitale të ndryshme atomike dhe për këtë arsye nuk zënë të njëjtën gjendje kuantike.
Bozonet, nga ana tjetër, nuk i binden parimit të zmbrapsjes dhe për këtë arsye nuk kanë asnjë kundërshtim për të zënë të njëjtën gjendje kuantike. Pjesa e vështirë e eksperimentit është mbajtja e sistemit mjaftueshëm të ftohtë në mënyrë që gjatësia e valës de Broglie të qëndrojë e lartë.
Shkencëtarët e Kolorados e arritën këtë duke përdorur një sistem ftohjeje lazer që përfshin goditjen ballë për ballë të mostrave atomike me gjashtë rreze lazer, duke bërë që ato të ngadalësohen papritur dhe në këtë mënyrë të zvogëlohen shumë shqetësimet e tyre termike.
Atomet më të ngadalta dhe më të ftohta janë bllokuar në fushën magnetike, duke lejuar që atomet më të shpejtë të largohen për të ftohur më tej sistemin. Atomet e kufizuara në këtë mënyrë arritën të formonin një njollë të vogël të kondensatës Bose-Einstein për një kohë të shkurtër, e cila zgjati mjaftueshëm për t'u regjistruar në një imazh.
aplikimet
Një nga aplikimet më premtuese të kondensatës Bose-Einstein është në krijimin e pajisjeve precize për matjen e kohës dhe zbulimin e valëve gravitacionale. Për shkak se atomet në një kondensatë lëvizin si një entitet i vetëm, ato janë shumë më të sakta se orët atomike konvencionale dhe mund të përdoren për të matur kohën me saktësi të paparë.
Një aspekt tjetër ku kjo gjendje e pestë e materies mund të zbatohet është në llogaritjen kuantike, gjë që mund të lejojë krijimi i kompjuterëve shumë më të fuqishëm dhe efikas se ata aktualë. Atomet në një kondensatë mund të përdoren si kubit, blloqet bazë të ndërtimit të një kompjuteri kuantik, dhe vetitë e tyre kuantike mund të mundësojnë llogaritje shumë më të shpejta dhe më të sakta se sa është e mundur me kompjuterët konvencionalë. Kjo është arsyeja pse këto ditë flitet shumë për kompjuterët kuantikë.
Përveç kësaj, kondensata Bose-Einstein përdoret gjithashtu në kërkimin e fizikës së materialeve dhe në krijimin e materialeve të reja me veti të jashtëzakonshme. Për shembull, është mësuar krijojnë materiale superpërçuese që mund të revolucionarizojnë industrinë e elektronikës dhe lejojnë krijimin e pajisjeve shumë më efikase dhe më të fuqishme.
Shpresoj që me këtë informacion të mund të mësoni më shumë rreth kondensatës Bose-Einstein, karakteristikat dhe aplikimet e tij.