Bose-Einstein kondensat

Matéri bisa kapanggih dina rupa-rupa kaayaan agrégat, diantarana urang manggihan padet, gas, jeung cair; kumaha oge, aya tipe séjén kaayaan kirang dipikawanoh, salah sahijina katelah Bose-Einstein kondensat, dianggap ku loba kimiawan, élmuwan jeung fisikawan salaku kaayaan kalima zat.

Dina artikel ieu kami baris ngabejaan Anjeun naon condensate Bose-Einstein, ciri na, aplikasi tur leuwih.

Naon kondensat Bose-Einstein

Bose-Einstein Condensate (BEC) nyaéta kaayaan agrégat zat, kawas kaayaan biasa: gas, cair jeung padet, tapi Ieu lumangsung dina suhu pisan low, deukeut pisan enol mutlak.

Éta diwangun ku partikel anu disebut boson anu, dina suhu ieu, cicing dina kaayaan kuantum énergi panghandapna anu katelah kaayaan taneuh. Albert Einstein ngaramalkeun ieu dina 1924 saatos maca makalah ngeunaan statistik foton anu dikirim ka anjeunna ku fisikawan India Satyendra Bose.

Teu gampang pikeun ménta suhu anu diperlukeun pikeun ngabentuk kondensat Bose-Einstein di laboratorium, alesan naha dugi 1995 teu mungkin mun boga téhnologi diperlukeun. Taun éta, fisikawan Amérika Eric Cornell sareng Carl Wieman sareng fisikawan Jerman Wolfgang Ketterle junun niténan kondensat Bose-Einstein munggaran. Élmuwan Colorado ngagunakeun rubidium-87, sedengkeun Keitel diala ku gas atom natrium anu éncér pisan.

Kusabab ékspérimén ieu muka panto kana widang anyar ulikan ngeunaan sipat zat, Kettler, Cornell, jeung Wieman narima Hadiah Nobel 2001. Justru kusabab suhu pisan low yén atom gas mibanda sipat nu tangtu ngabentuk kaayaan maréntahkeun, sakabéh nu ngatur pikeun acquire énergi ngurangan sarua jeung moméntum, nu teu lumangsung dina urusan biasa.

Ciri utama

Sakumaha didadarkeun di saméméhna, zat teu ngan boga tilu kaayaan dasar cair, padet, jeung gas, tapi sabalikna, aya kaayaan kaopat jeung kalima anu plasmatic jeung ionized. Kondensat Bose-Einstein mangrupikeun salah sahiji kaayaan ieu sareng gaduh sababaraha ciri:

• Ieu mangrupakeun kaayaan agrégat diwangun ku kumpulan boson nu mangrupakeun partikel dasar.
• Ieu dianggap kaayaan kalima tina aggregation yén bahan bisa nganggap.
• Ieu munggaran dititénan dina 1995, jadi éta geulis anyar.
• Mibanda prosés kondensasi deukeut enol mutlak.
• Éta super cairan, anu hartosna éta gaduh kamampuan zat pikeun ngaleungitkeun gesekan.
• Éta superconducting sareng gaduh résistansi listrik nol.
• Éta ogé katelah kubus és kuantum.

Asal tina kondensat Bose-Einstein

Nalika gas diasupkeun kana wadahna, partikel-partikel anu ngabentuk gas biasana dijaga dina jarak anu cukup ti unggal anu sanés sahingga aya sakedik interaksi, sajaba ti tabrakan kadang-kadang sareng sareng dinding wadahna. Kituna model gas idéal well-dipikawanoh diturunkeun.

Sanajan kitu, partikel dina agitation termal permanén, sarta suhu mangrupakeun parameter decisive pikeun speed: nu leuwih luhur suhu, nu leuwih gancang maranéhanana pindah. Sanajan laju unggal partikel bisa rupa-rupa, laju rata sistem tetep konstan dina suhu nu tangtu.

Kanyataan penting salajengna nyaéta yén zat diwangun ku dua jenis partikel: fermion jeung boson, dibédakeun ku spin maranéhna (moméntum sudut intrinsik), nu sagemblengna kuantum di alam. Contona, éléktron nyaéta fermion kalawan spins satengah integer, bari boson boga spins integer, nu ngajadikeun kabiasaan statistik maranéhna béda.

Fermion resep janten béda sahingga taat kana prinsip pangaluaran Pauli, nurutkeun nu dua fermion dina atom teu bisa boga kaayaan kuantum sarua. Ieu alesan naha éléktron aya dina orbital atom béda sahingga teu nempatan kaayaan kuantum sarua.

Bosons, di sisi séjén, teu nurut prinsip repulsion sahingga teu boga bantahan pikeun occupying kaayaan kuantum sarua. Bagian sesah percobaan nyaéta ngajaga sistem cukup tiis supados panjang gelombang de Broglie tetep luhur.

Élmuwan Colorado ngalaksanakeun ieu ku ngagunakeun sistem cooling laser anu ngalibatkeun pencét sampel atom sirah-on kalawan genep sinar laser, ngabalukarkeun aranjeunna dumadakan ngalambatkeun turun sahingga greatly ngurangan gangguan termal maranéhna.

Atom-atom anu langkung laun, langkung tiis kajebak dina médan magnét, ngamungkinkeun atom anu langkung gancang kabur pikeun langkung tiis sistem. Atom dipasrahkeun ku cara kieu junun ngabentuk gumpalan leutik condensate Bose-Einstein keur waktu anu singget, nu lumangsung cukup lila pikeun dirékam dina gambar.

aplikasi

Salah sahiji aplikasi anu paling ngajangjikeun tina kondensat Bose-Einstein aya dina kreasi alat precision pikeun pangukuran waktu jeung deteksi gelombang gravitasi. Kusabab atom-atom dina kondensat ngalir salaku éntitas tunggal, aranjeunna langkung akurat tibatan jam atom konvensional sareng tiasa dianggo pikeun ngukur waktos kalayan akurasi anu teu pernah aya.

Aspék séjén dimana kaayaan kalima zat ieu tiasa diterapkeun nyaéta dina komputasi kuantum, anu ngamungkinkeun nyiptakeun komputer anu langkung kuat sareng éfisién tibatan anu ayeuna. Atom-atom dina kondensat tiasa dianggo salaku qubit, blok wangunan dasar komputer kuantum, sareng sipat kuantumna tiasa ngaktifkeun itungan anu langkung gancang sareng langkung akurat tibatan komputer konvensional. Ieu naha aya loba omongan ngeunaan komputer kuantum poé ieu.

Sajaba ti éta, kondensat Bose-Einstein ogé dipaké dina panalungtikan fisika bahan jeung dina kreasi bahan anyar kalawan sipat rongkah. Contona, geus dipaké pikeun nyieun bahan superconducting nu bisa revolutionize industri éléktronika sareng ngamungkinkeun nyiptakeun alat anu langkung épisién sareng kuat.

Abdi ngarepkeun inpormasi ieu anjeun tiasa langkung seueur ngeunaan kondensat Bose-Einstein, ciri sareng aplikasina.