物質可以以各種聚合狀態存在，其中我們可以找到固體、氣體和液體；但是，還有其他類型的鮮為人知的狀態，其中一種被稱為 玻色-愛因斯坦凝聚體，被許多化學家、科學家和物理學家認為是物質的第五態。
在這篇文章中，我們將告訴您玻色-愛因斯坦凝聚體是什麼、它的特性、應用等等。
什麼是玻色-愛因斯坦凝聚態
玻色-愛因斯坦凝聚 (BEC) 是物質的聚合狀態，就像通常的狀態一樣：氣態、液態和固態，但是 它發生在極低的溫度下，非常接近絕對零。
它由稱為玻色子的粒子組成，在這些溫度下，玻色子處於稱為基態的最低能量量子態。 阿爾伯特·愛因斯坦在閱讀印度物理學家薩蒂延德拉·博斯 (Satyendra Bose) 寄給他的一篇關於光子統計的論文後，於 1924 年預言了這一點。
在實驗室中獲得形成玻色-愛因斯坦凝聚所需的溫度並不容易， 直到 1995 年才有必要的技術的原因. 那一年，美國物理學家 Eric Cornell 和 Carl Wieman 以及德國物理學家 Wolfgang Ketterle 成功地觀察到了第一批玻色-愛因斯坦凝聚態。 科羅拉多州的科學家使用銣 87，而凱特爾是通過高度稀釋的鈉原子氣體獲得的。
因為這些實驗打開了研究物質性質的新領域的大門，凱特勒、康奈爾和威曼獲得了 2001 年的諾貝爾獎。正是由於極低的溫度，具有某些性質的氣體原子才形成有序狀態, 所有這些 設法獲得同樣減少的能量和動量，這在普通事物中不會發生。
Característicasprincipales
如前所述，物質不僅具有液態、固態和氣態三種基本狀態，相反， 有第四和第五種狀態，它們是等離子和電離的。 玻色-愛因斯坦凝聚態是其中一種狀態，具有以下幾個特徵：
- 它是由作為基本粒子的玻色子集合組成的聚合態。
- 它被認為是材料可以呈現的第五種聚合狀態。
- 它於 1995 年首次被觀測到，所以它很新。
- 它有一個接近絕對零的冷凝過程。
- 它是超級流體，這意味著它具有該物質消除摩擦的能力。
- 它是超導的，電阻為零。
- 它也被稱為量子冰塊。
玻色-愛因斯坦凝聚體的起源
當氣體被封閉在容器中時，組成氣體的粒子通常彼此保持足夠的距離，除了偶爾相互碰撞以及與容器壁發生碰撞外，幾乎沒有相互作用。 由此推導出著名的理想氣體模型。
然而，顆粒處於永久熱攪動中，溫度是速度的決定性參數： 溫度越高，它們移動得越快. 儘管每個粒子的速度可能會發生變化，但係統的平均速度在給定溫度下保持不變。
下一個重要事實是，物質由兩種類型的粒子組成：費米子和玻色子，它們的區別在於它們的自旋（內禀角動量），它們本質上是完全量子的。 例如，電子是具有半整數自旋的費米子，而玻色子具有整數自旋，這使得它們的統計行為不同。
費米子喜歡與眾不同，因此 服從泡利不相容原理，根據該原子中的兩個費米子不能具有相同的量子態。 這就是電子處於不同原子軌道並因此不佔據相同量子態的原因。
另一方面，玻色子不遵守排斥原理，因此不反對占據相同的量子態。 實驗的困難部分是讓系統保持足夠的冷卻，以使德布羅意波長保持在較高水平。
科羅拉多州的科學家通過使用 一個激光冷卻系統，涉及用六個激光束正面撞擊原子樣品， 導致它們突然減速，從而大大減少它們的熱擾動。
較慢、較冷的原子被困在磁場中，使較快的原子逸出以進一步冷卻系統。 以這種方式限制的原子在短時間內設法形成一小團玻色-愛因斯坦凝聚體，持續時間足以記錄在圖像中。
應用
玻色-愛因斯坦凝聚態最有前途的應用之一是 創造用於測量時間和探測引力波的精密設備。 由於凝聚態中的原子作為一個整體運動，它們比傳統的原子鐘準確得多，可用於以前所未有的精度測量時間。
可以應用物質第五態的另一個方面是量子計算，它可以允許 創造出比現在更強大、更高效的計算機. 凝聚體中的原子可以用作量子位，這是量子計算機的基本構建塊，它們的量子特性可以比傳統計算機進行更快、更準確的計算。 這就是為什麼最近有很多關於量子計算機的討論。
此外，玻色-愛因斯坦凝聚體還用於材料物理研究和創造具有非凡特性的新材料。 例如，它已被用於 創造可以徹底改變電子行業的超導材料 並允許創建更高效和更強大的設備。
我希望通過這些信息，您可以更多地了解玻色-愛因斯坦凝聚體及其特性和應用。