物质可以以各种聚合状态存在，其中包括固体、气体和液体；然而，还有其他类型的鲜为人知的状态，其中一种被称为 玻色-爱因斯坦凝聚体，被许多化学家、科学家和物理学家认为是物质的第五态。
在这篇文章中，我们将告诉您玻色-爱因斯坦凝聚体是什么、它的特性、应用等等。
什么是玻色-爱因斯坦凝聚态
玻色-爱因斯坦凝聚 (BEC) 是物质的聚合状态，就像通常的状态一样：气态、液态和固态，但是 它发生在极低的温度下，非常接近绝对零。
它由称为玻色子的粒子组成，在这些温度下，玻色子处于称为基态的最低能量量子态。 阿尔伯特·爱因斯坦在阅读印度物理学家萨蒂延德拉·博斯 (Satyendra Bose) 寄给他的一篇关于光子统计的论文后，于 1924 年预言了这一点。
在实验室中获得形成玻色-爱因斯坦凝聚所需的温度并不容易， 直到 1995 年才有必要的技术的原因. 那一年，美国物理学家 Eric Cornell 和 Carl Wieman 以及德国物理学家 Wolfgang Ketterle 成功地观察到了第一批玻色-爱因斯坦凝聚态。 科罗拉多州的科学家使用铷 87，而凯特尔是通过高度稀释的钠原子气体获得的。
因为这些实验打开了物质性质研究新领域的大门，凯特勒、康奈尔和威曼获得了2001年的诺贝尔奖。正是由于极低的温度，具有某些性质的气体原子形成有序状态，所有这些 设法获得同样减少的能量和动量，这在普通事物中不会发生。
主要特点
如前所述，物质不仅具有液态、固态和气态三种基本状态，相反， 有第四种和第五种状态是等离子和电离的。 玻色-爱因斯坦凝聚态是其中一种状态，具有以下几个特征：
- 它是由作为基本粒子的玻色子集合组成的聚合态。
- 它被认为是材料可以呈现的第五种聚合状态。
- 它于 1995 年首次被观测到，所以它很新。
- 它有一个接近绝对零的冷凝过程。
- 它是超级流体，这意味着它具有该物质消除摩擦的能力。
- 它是超导的，电阻为零。
- 它也被称为量子冰块。
玻色-爱因斯坦凝聚体的起源
当气体被封闭在容器中时，组成气体的粒子通常彼此保持足够的距离，除了偶尔相互碰撞以及与容器壁发生碰撞外，几乎没有相互作用。 由此推导出著名的理想气体模型。
然而，颗粒处于永久热搅动中，温度是速度的决定性参数： 温度越高，它们移动得越快. 尽管每个粒子的速度可能会发生变化，但系统的平均速度在给定温度下保持不变。
下一个重要事实是，物质由两种类型的粒子组成：费米子和玻色子，它们的区别在于它们的自旋（内禀角动量），它们本质上是完全量子的。 例如，电子是具有半整数自旋的费米子，而玻色子具有整数自旋，这使得它们的统计行为不同。
费米子喜欢与众不同，因此 服从泡利不相容原理，根据该原子中的两个费米子不能具有相同的量子态。 这就是电子处于不同原子轨道并因此不占据相同量子态的原因。
另一方面，玻色子不遵守排斥原理，因此不反对占据相同的量子态。 实验的困难部分是让系统保持足够的冷却，以使德布罗意波长保持在较高水平。
科罗拉多州的科学家通过使用 一个激光冷却系统，涉及用六个激光束正面撞击原子样品， 导致它们突然减速，从而大大减少它们的热扰动。
较慢、较冷的原子被困在磁场中，使较快的原子逸出以进一步冷却系统。 以这种方式限制的原子在短时间内设法形成一小团玻色-爱因斯坦凝聚体，持续时间足以记录在图像中。
应用
玻色-爱因斯坦凝聚态最有前途的应用之一是 创造用于测量时间和探测引力波的精密设备。 由于凝聚态中的原子作为一个整体运动，它们比传统的原子钟准确得多，可用于以前所未有的精度测量时间。
可以应用物质第五态的另一个方面是量子计算，它可以允许 创造出比现在更强大、更高效的计算机. 凝聚态中的原子可以用作量子位，这是量子计算机的基本构建块，它们的量子特性可以比传统计算机实现更快、更准确的计算。 这就是为什么最近有很多关于量子计算机的讨论。
此外，玻色-爱因斯坦凝聚体还用于材料物理研究和创造具有非凡特性的新材料。 例如，它已被用于 创造可以彻底改变电子行业的超导材料 并允许创建更高效和更强大的设备。
我希望通过这些信息，您可以更多地了解玻色-爱因斯坦凝聚体及其特性和应用。