Tiivistetty Bose-Einstein-alkuperä, ominaisuudet ja sovellukset



Bose-Einsteinin kondensaatti se on aineen tila, joka esiintyy tietyissä hiukkasissa absoluuttisen nollan lähellä olevissa lämpötiloissa. Jo pitkään ajateltiin, että ainut kolme mahdollista aineen aggregaatiotilaa olivat kiinteät, nestemäiset ja kaasumaiset.

Sitten havaittiin neljäs tila: plasma; ja Bose-Einsteinin lauhdetta pidetään viidennenä tilana. Tyypillinen ominaisuus on se, että kondensaattihiukkaset käyttäytyvät suurena kvanttijärjestelmänä sen sijaan, että ne yleensä tekevät (yksittäisten kvanttijärjestelmien joukossa tai atomien ryhmänä).

Toisin sanoen voidaan sanoa, että koko Bose-Einstein-kondensaatin muodostavien atomien joukko käyttäytyy ikään kuin se olisi yksi atomi.

indeksi

  • 1 Alkuperä
  • 2 Hankkiminen
    • 2.1 Bosonit
    • 2.2 Kaikki atomit ovat sama atomi
  • 3 Ominaisuudet
  • 4 Sovellukset
    • 4.1 Lauhdutettu Bose-Einstein ja kvanttifysiikka
  • 5 Viitteet

lähde

Kuten monet uusimmat tieteelliset löydöt, kondensaatin olemassaolo päätettiin teoreettisesti ennen kuin oli olemassa empiirisiä todisteita sen olemassaolosta.

Niinpä Albert Einstein ja Satyendra Nath Bose ennustivat teoreettisesti tätä ilmiötä 1920-luvulla julkaistussa yhteisjulkaisussa, ja he tekivät näin ensin fotonien ja sitten hypoteettisten kaasumaisia ​​atomeja varten..

Sen todellisen olemassaolon osoittaminen oli ollut mahdollista vasta muutama vuosikymmen sitten, jolloin näytteen jäähdyttäminen oli mahdollista jäädä riittävän alhaiseksi, jotta voidaan todistaa, että odotetut yhtälöt olivat totta.

hankkiminen

Bose-Einsteinin kondensaatin hankki vuonna 1995 Eric Cornell, Carlo Wieman ja Wolfgang Ketterle, jotka tämän ansiosta saisivat päätökseen Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2001.

Bose-Einsteinin lauhteen saavuttamiseksi he käyttivät useita kokeellisia tekniikoita atomisfysiikassa, joiden avulla ne pystyivät saavuttamaan 0,00000002 asteen Kelvinin lämpötilan absoluuttisen nollan yläpuolelle (lämpötila oli huomattavasti alhaisempi kuin alimmassa lämpötilassa havaittu avaruus)..

Eric Cornell ja Carlo Weiman käyttivät näitä tekniikoita laimennettuun kaasuun, joka koostui rubidiumatomista; Wolfgang Ketterle otti puolestaan ​​heidät vähän aikaa myöhemmin natriumatomiin.

Bosonit

Bosonin nimeä käytetään intialaisen syntyneen fyysikon Satyendra Nath Bosen kunniaksi. Hiukkasten fysiikassa otetaan huomioon kaksi perustyyppistä alkuainehiukkasia: bosonit ja ferminionit.

Mikä määrittää, onko hiukkanen bosoni tai fermion, onko sen spin on kokonaisluku tai puoli-kokonaisluku. Lopulta bosonit ovat hiukkasia, jotka ovat vastuussa vuorovaikutusvoimien lähettämisestä fermionien välillä.

Vain bosoniset hiukkaset voivat saada tämän Bose-Einstein-kondensaatin tilan: jos jäähdytetyt hiukkaset ovat fermioneja, mitä saavutetaan, kutsutaan Fermi-nesteeksi..

Tämä johtuu siitä, että bosonien, toisin kuin fermionit, ei tarvitse noudattaa Paulin syrjäytymisperiaatetta, jossa todetaan, että kaksi identtistä hiukkasia eivät voi olla samassa kvanttitilassa samaan aikaan.

Kaikki atomit ovat sama atomi

Bose-Einsteinin kondensaatissa kaikki atomit ovat täysin samanlaisia. Tällä tavoin useimmat kondensoituneet atomit ovat samalla kvanttitasolla, joka laskee pienimpään mahdolliseen energian tasoon.

Jakamalla sama kvantti-tila ja jolla on kaikki sama (vähimmäis) energia, atomit ovat erottamattomia ja käyttäytyvät yhtenä "superatomina".

ominaisuudet

Se, että kaikilla atomeilla on identtiset ominaisuudet, edellyttää joukkoa määrättyjä teoreettisia ominaisuuksia: atomit käyttävät samaa tilavuutta, hajottavat samaa väriä ja muodostavat homogeenisen väliaineen muiden ominaisuuksien joukossa..

Nämä ominaisuudet ovat samanlaisia ​​kuin ihanteellinen laser, joka säteilee yhtenäistä valoa (tilallisesti ja ajallisesti), yhtenäistä, monokromaattista, jossa kaikki aallot ja fotonit ovat täysin samanlaisia ​​ja liikkuvat samaan suuntaan, joten ihanteellisesti ei vaimentamaan.

sovellukset

Tämän uuden valtion tilan tarjoamat mahdollisuudet ovat monia, jotkut todella hämmästyttäviä. Nykyisistä tai kehittyvistä Bose-Einsteinin kondensaattien mielenkiintoisimmista sovelluksista ovat seuraavat:

- Sen käyttö yhdessä atomilasereiden kanssa tuottaa tarkkoja nano-rakenteita.

- Painovoiman kentän voimakkuuden havaitseminen.

- Atomikellojen valmistus on nykyistä tarkempaa ja vakaampaa.

- Simulaatiot pienessä mittakaavassa tiettyjen kosmologisten ilmiöiden tutkimiseksi.

- Superfluidisuuden ja suprajohtavuuden sovellukset.

- Sovellukset, jotka ovat peräisin ilmiöstä, joka tunnetaan nimellä hidas valo tai hidas valo; esimerkiksi teleportoinnissa tai kvanttitietojen lupaavalla alalla.

- Kvanttimekaniikan tuntemuksen syventäminen, monimutkaisempien ja epälineaaristen kokeiden suorittaminen sekä tiettyjen äskettäin muotoiltujen teorioiden todentaminen. Kondensaatit tarjoavat mahdollisuuden luoda uudelleen laboratorioissa valonvuotisia tapahtumia.

Kuten näette, Bose-Einsteinin kondensaatteja voidaan käyttää paitsi uusien tekniikoiden kehittämiseen myös täydentämään jo olemassa olevia tekniikoita.

Ei turhaan ne tarjoavat suurta tarkkuutta ja luotettavuutta, mikä on mahdollista johtuen niiden vaiheiden johdonmukaisuudesta atomikentässä, mikä helpottaa aikaa ja etäisyyksiä..

Siksi Bose-Einsteinin kondensaatit voisivat muuttua niin vallankumouksellisiksi kuin laser itse, koska niillä on monia yhteisiä ominaisuuksia. Tämä on kuitenkin suuri ongelma siinä lämpötilassa, jossa nämä kondensaatit syntyvät.

Niinpä vaikeus on sekä sen hankkimisessa että niiden kalliissa ylläpidossa. Siksi suurin osa ponnisteluista keskittyy tällä hetkellä pääasiassa sen soveltamiseen perustutkimukseen.

Tiivistetty Bose-Einstein ja kvanttifysiikka

Bose-Einsteinin lauhteen olemassaolon osoittaminen on tarjonnut uuden ja tärkeän työkalun uusien fyysisten ilmiöiden tutkimiseksi hyvin erilaisilla alueilla.

Ei ole epäilystäkään siitä, että sen johdonmukaisuus makroskooppisella tasolla helpottaa kvanttifysiikan lakien tutkimista, ymmärtämistä ja esittelyä.

Tosiasia, että absoluuttisen nollan lähellä olevat lämpötilat ovat välttämättömiä tämän ainemäärän saavuttamiseksi, on kuitenkin vakava haitta, jotta saat kaiken irti sen uskomattomista ominaisuuksista..

viittaukset

  1. Bose-Einsteinin kondensaatti (n.d.). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018 osoitteesta es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einsteinin kondensaatti. (n.d.) Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018 osoitteesta en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell ja Carl Wieman (1998). Condensed Bose-Einstein, "Tutkimus ja tiede".
  4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Scientific American.
  5. Bosón (n.d.). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018 osoitteesta es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). Wikipediassa. Haettu 6. huhtikuuta 2018 osoitteesta en.wikipedia.org.