КОНДЕНСАТ БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА: СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой состояние вещества , которое происходит в некоторых частиц при температурах , близких к абсолютному нулю. Долгое время считалось, что единственными тремя возможными агрегатными состояниями материи являются твердое, жидкое и газовое.

Затем было открыто четвертое состояние: состояние плазмы; а конденсат Бозе-Эйнштейна считается пятым состоянием. Характерным свойством является то, что частицы в конденсате ведут себя как большая квантовая система, а не как обычно (как набор отдельных квантовых систем или как группа атомов).

Другими словами, можно сказать, что весь набор атомов, составляющих конденсат Бозе-Эйнштейна, ведет себя так, как если бы это был один атом.

происхождения

Как и многие недавние научные открытия, существование конденсата было теоретически установлено до того, как появились эмпирические доказательства его существования.

Таким образом, именно Альберт Эйнштейн и Сатьендра Нат Бозе теоретически предсказали это явление в совместной публикации в 1920-х годах. Они сделали это сначала для случая фотонов, а затем для случая гипотетических газовых атомов.

Демонстрация их реального существования была возможна лишь несколько десятилетий назад, когда образец был охлажден до температуры, достаточно низкой, чтобы убедиться в истинности того, что предполагалось уравнениями.

Сатьендра Нат Бос

получение

Конденсат Бозе-Эйнштейна был получен в 1995 году Эриком Корнеллом, Карло Виманом и Вольфгангом Кеттерле, которые благодаря ему в конечном итоге получили Нобелевскую премию по физике 2001 года.

Чтобы получить конденсат, Боз-Эйнштейн прибег к серии экспериментальных методов атомной физики, с помощью которых им удалось достичь температуры 0,00000002 градуса Кельвина выше абсолютного нуля (температура намного ниже, чем самая низкая температура, наблюдаемая в космическом пространстве). ,

Эрик Корнелл и Карло Вейман использовали эти методы для разреженного газа, состоящего из атомов рубидия; со своей стороны, Вольфганг Кеттерле вскоре применил их к атомам натрия.

Бозоны

Название бозон используется в честь физика индийского происхождения Сатьендра Натха Боса. В физике элементарных частиц рассматриваются два основных типа элементарных частиц: бозоны и ферминионы.

Что определяет, является ли частица бозоном или фермионом, является ее спин целым или полуцелым числом. В конечном итоге бозоны - это частицы, передающие силы взаимодействия между фермионами.

Только бозонные частицы могут иметь это состояние конденсата Бозе-Эйнштейна: если охлаждаемые частицы являются фермионами, то, что достигается, называется ферми-жидкостью.

Это так, потому что бозоны, в отличие от фермионов, не должны соответствовать принципу исключения Паули, который гласит, что две идентичные частицы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно.

Все атомы - один и тот же атом

В конденсате Бозе-Эйнштейна все атомы абсолютно одинаковы. Таким образом, большинство атомов в конденсате находятся на одном квантовом уровне, опускаясь до минимально возможного энергетического уровня.

Разделяя одно и то же квантовое состояние и имея одинаковую (минимальную) энергию, атомы неразличимы и ведут себя как единый «суператом».

свойства

Тот факт, что все атомы имеют одинаковые свойства, предполагает ряд определенных теоретических свойств: атомы занимают один и тот же объем, они рассеивают свет одного цвета, и среди других характеристик образуется однородная среда.

Эти свойства аналогичны свойствам идеального лазера, который излучает когерентный свет (пространственно и во времени), однородный, монохроматический, в котором все волны и фотоны абсолютно равны и движутся в одном направлении, поэтому в идеале не рассеиваться.

Приложения

Это новое состояние материи открывает множество возможностей, некоторые из которых действительно удивительны. Среди текущих или разрабатываемых наиболее интересных приложений конденсатов Бозе-Эйнштейна можно выделить следующие:

- Его использование вместе с атомными лазерами для создания высокоточных наноструктур.

- Обнаружение напряженности гравитационного поля.

- Производство более точных и стабильных атомных часов, чем те, которые существуют в настоящее время.

- Маломасштабное моделирование для изучения некоторых космологических явлений.

- Приложения сверхтекучести и сверхпроводимости.

- Приложения, основанные на явлении, известном как медленный свет или медленный свет; например, в телепортации или в многообещающей области квантовых вычислений.

- Углубление знаний о квантовой механике, проведение более сложных и нелинейных экспериментов, а также проверка некоторых недавно сформулированных теорий. Конденсаты дают возможность воссоздать явления, происходящие на световых годах в лабораториях.

Как видно, конденсаты Бозе-Эйнштейна можно использовать не только для разработки новых методов, но и для улучшения некоторых уже существующих.

Не напрасно они предлагают большую точность и надежность, что возможно благодаря их фазовой когерентности в атомном поле, что облегчает большой контроль времени и расстояний.

Таким образом, конденсаты Бозе-Эйнштейна могут быть такими же революционными, какими когда-то был сам лазер, поскольку у них много общих свойств. Однако большая проблема заключается в температуре, при которой образуются эти конденсаты.

Таким образом, сложность заключается как в сложности их получения, так и в их дорогостоящем обслуживании. По всем этим причинам в настоящее время большинство усилий сосредоточено на его применении в фундаментальных исследованиях.

Конденсаты Бозе-Эйнштейна и квантовая физика

Демонстрация существования конденсатов Бозе-Эйнштейна дала важный новый инструмент для изучения новых физических явлений в самых разных областях.

Нет сомнений в том, что его согласованность на макроскопическом уровне облегчает как изучение, так и понимание и демонстрацию законов квантовой физики.

Однако тот факт, что для достижения этого состояния вещества необходимы температуры, близкие к абсолютному нулю, является серьезным недостатком, позволяющим получить больше от его невероятных свойств.

Ссылки

1. Конденсат Бозе - Эйнштейна (б. Д.). В Википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
2. Бозе-Эйнштейн конденсируется. (nd) В Википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
3. Эрик Корнелл и Карл Виман (1998). Конденсаты Бозе-Эйнштейна, «Исследования и наука».
4. А. Корнелл и К. Э. Виман (1998). «Конденсат Бозе - Эйнштейна». Scientific American.
5. Бозон (nd). В Википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
6. Бозон (nd). В Википедии. Получено 6 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.