Bose-Einstein condensate

Mambo yanaweza kupatikana katika majimbo mbalimbali ya jumla, ambayo kati ya ambayo tunapata yabisi, gesi, na vimiminiko; hata hivyo, kuna aina nyingine za majimbo yasiyojulikana sana, ambayo moja inajulikana kama Bose-Einstein condensate, inayozingatiwa na wanakemia, wanasayansi na wanafizikia wengi kama hali ya tano ya maada.

Katika makala hii tutakuambia nini condensate ya Bose-Einstein ni, sifa zake, matumizi na mengi zaidi.

Bose-Einstein condensate ni nini

Bose-Einstein Condensate (BEC) ni hali ya jumla ya maada, kama hali za kawaida: gesi, kioevu na ngumu, lakini. Inatokea kwa joto la chini sana, karibu sana na sifuri kabisa.

Inajumuisha chembe zinazoitwa bosons ambazo, kwa halijoto hizi, hukaa katika hali ya chini kabisa ya nishati inayojulikana kama hali ya ardhini. Albert Einstein alitabiri haya mnamo 1924 baada ya kusoma karatasi juu ya takwimu za picha iliyotumwa kwake na mwanafizikia wa India Satyendra Bose.

Si rahisi kupata viwango vya joto vinavyohitajika ili kuunda condensate za Bose-Einstein kwenye maabara, sababu kwa nini hadi 1995 haikuwezekana kuwa na teknolojia muhimu. Mwaka huo, wanafizikia wa Marekani Eric Cornell na Carl Wieman na mwanafizikia wa Ujerumani Wolfgang Ketterle waliweza kuchunguza condensates ya kwanza ya Bose-Einstein. Wanasayansi wa Colorado walitumia rubidium-87, wakati Keitel aliipata kupitia gesi ya atomi ya sodiamu iliyopunguzwa sana.

Kwa sababu majaribio haya yalifungua mlango wa uwanja mpya wa uchunguzi wa sifa za mata, Kettler, Cornell, na Wieman walipokea Tuzo ya Nobel ya 2001. Ni kwa sababu ya halijoto ya chini sana kwamba atomi za gesi zenye sifa fulani huunda hali iliyopangwa, yote hayo kusimamia kupata nishati sawa na kasi iliyopunguzwa, ambayo haifanyiki katika suala la kawaida.

vipengele muhimu

Kama ilivyoelezwa hapo awali, suala sio tu majimbo matatu ya msingi ya kioevu, imara, na gesi, lakini kinyume chake, kuna hali ya nne na ya tano ambayo ni plasmatic na ionized. Bose-Einstein condensate ni mojawapo ya majimbo haya na ina sifa kadhaa:

• Ni hali ya jumla inayoundwa na mkusanyiko wa bosons ambayo ni chembe za msingi.
• Inachukuliwa kuwa hali ya tano ya mkusanyiko ambayo nyenzo zinaweza kudhaniwa.
• Ilionekana kwa mara ya kwanza mnamo 1995, kwa hivyo ni mpya sana.
• Ina mchakato wa condensation karibu na sifuri kabisa.
• Ni umajimaji mkuu, ambayo ina maana kwamba ina uwezo wa dutu hiyo kuondoa msuguano.
• Ni superconducting na ina sifuri upinzani wa umeme.
• Pia inajulikana kama mchemraba wa barafu wa quantum.

Asili ya Bose-Einstein condensate

Wakati gesi imefungwa kwenye chombo, chembe zinazounda gesi kawaida huwekwa kwa umbali wa kutosha kutoka kwa kila mmoja kwamba kuna mwingiliano mdogo sana, mbali na mgongano wa mara kwa mara na kila mmoja na kwa kuta za chombo. Kwa hivyo mfano bora wa gesi unaojulikana unapatikana.

Walakini, chembe hizo ziko kwenye msukosuko wa kudumu wa mafuta, na halijoto ndio kigezo cha kuamua kwa kasi: joto la juu, ndivyo wanavyosonga. Ingawa kasi ya kila chembe inaweza kutofautiana, kasi ya wastani ya mfumo inabaki thabiti kwa joto fulani.

Jambo muhimu linalofuata ni kwamba jambo lina aina mbili za chembe: fermions na bosons, zinazojulikana na spin yao (kasi ya asili ya angular), ambayo ni quantum kabisa katika asili. Kwa mfano, elektroni ni fermions na spins nusu-jumla, wakati bosons na integer spins, ambayo hufanya tabia zao za takwimu tofauti.

Fermions wanapenda kuwa tofauti na kwa hivyo kutii kanuni ya kutengwa ya Pauli, kulingana na ambayo fermions mbili katika atomi haziwezi kuwa na hali sawa ya quantum. Hii ndio sababu elektroni ziko katika obiti tofauti za atomiki na kwa hivyo hazichukui hali sawa ya quantum.

Bosons, kwa upande mwingine, haitii kanuni ya kukataa na kwa hiyo hawana pingamizi la kuchukua hali sawa ya quantum. Sehemu ngumu ya jaribio ni kuweka mfumo katika hali ya baridi vya kutosha ili urefu wa wimbi wa de Broglie ubaki juu.

Wanasayansi wa Colorado walikamilisha hili kwa kutumia mfumo wa kupoeza wa leza ambao unahusisha kupiga sampuli za atomiki ana kwa ana na mihimili sita ya leza, kuwafanya kupunguza kasi ya ghafla na hivyo kupunguza sana usumbufu wao wa joto.

Atomu za polepole na za baridi zaidi zimenaswa kwenye uwanja wa sumaku, hivyo basi atomi zinazo kasi zaidi kutoroka ili kuupoza mfumo zaidi. Atomi zilizofungiwa kwa njia hii ziliweza kuunda blob ndogo ya Bose-Einstein condensate kwa muda mfupi, ambayo ilidumu kwa muda wa kutosha kurekodiwa kwenye picha.

maombi

Moja ya utumizi wa kuahidi wa Bose-Einstein condensate iko katika kuundwa kwa vifaa vya usahihi kwa kipimo cha muda na kugundua mawimbi ya mvuto. Kwa sababu atomi zilizo katika msogeo wa kufupishwa kama huluki moja, ni sahihi zaidi kuliko saa za atomiki za kawaida na zinaweza kutumiwa kupima wakati kwa usahihi usio na kifani.

Kipengele kingine ambapo hali hii ya tano ya jambo inaweza kutumika ni katika kompyuta ya quantum, ambayo inaweza kuruhusu kuundwa kwa kompyuta yenye nguvu zaidi na yenye ufanisi zaidi kuliko ya sasa. Atomu katika condensate inaweza kutumika kama qubits, vizuizi vya msingi vya ujenzi wa kompyuta ya quantum, na sifa zao za quantum zinaweza kuwezesha mahesabu ya haraka na sahihi zaidi kuliko iwezekanavyo na kompyuta ya kawaida. Ndio maana kuna mazungumzo mengi juu ya kompyuta za quantum siku hizi.

Kwa kuongeza, condensate ya Bose-Einstein pia hutumiwa katika utafiti wa fizikia wa vifaa na katika kuundwa kwa nyenzo mpya na mali ya ajabu. Kwa mfano, imetumika kuunda nyenzo za upitishaji bora ambazo zinaweza kuleta mapinduzi katika tasnia ya umeme na kuruhusu uundaji wa vifaa vya ufanisi zaidi na vya nguvu.

Natumaini kwamba kwa habari hii unaweza kujifunza zaidi kuhusu condensate ya Bose-Einstein, sifa zake na matumizi.