Поділитися:
Конденсований Бозе-Ейнштейн походження, властивості і застосування
The Конденсат Бозе-Ейнштейна це стан речовини, що виникає в певних частинках при температурах, близьких до абсолютного нуля. Довгий час вважалося, що єдині три можливі агрегаційні стани речовини є твердими, рідкими і газоподібними.
Потім був виявлений четвертий стан: плазма; Конденсат Бозе-Ейнштейна вважається п'ятим. Характерною властивістю є те, що частинки конденсату ведуть себе як велика квантова система замість того, як це зазвичай роблять (як набір індивідуальних квантових систем або як групування атомів).
Іншими словами, можна сказати, що весь набір атомів, що входять до складу бозе-ейнштейнівського конденсату, поводиться так, ніби він єдиний атом..
Індекс
- 1 Походження
- 2 Отримання
- 2.1 Бозони
- 2.2 Всі атоми є одним і тим же атомом
- 3 Властивості
- 4 Програми
- 4.1 Конденсований Бозе-Ейнштейн і квантова фізика
- 5 Посилання
Походження
Як і багато останніх наукових відкриттів, існування конденсату було теоретично виведено перед емпіричними доказами його існування..
Таким чином, Альберт Ейнштейн і Сатьендра Нат Бозе теоретично спрогнозували це явище у спільній публікації 1920-х рр. Вони зробили це спочатку для випадку фотонів, а потім для випадку гіпотетичних газових атомів..
Демонстрація його реального існування була неможливою до кількох десятиліть тому, коли можна було охолодити зразок до температур, достатньо низьких, щоб довести, що очікувані рівняння є вірними.
Отримання
Конденсат Бозе-Ейнштейна отримали в 1995 році Ерік Корнелл, Карло Війман і Вольфганг Кеттерле, які завдяки цьому ділять Нобелівську премію з фізики в 2001 році.
Для досягнення Бозе-Ейнштейнського конденсату вони використовували серію експериментальних методик в атомній фізиці, за допомогою яких їм вдалося досягти температури 0,00000002 градуси Кельвіна вище абсолютного нуля (температура набагато нижче найнижчої температури, що спостерігається в космічному просторі)..
Ерік Корнелл і Карло Вайман використовували ці методи в розбавленому газі, що складається з атомів рубідію; Зі свого боку, Вольфганг Кеттерле застосував їх коротко пізніше на атомах натрію.
Бозони
Назва бозон використовується на честь фізика-індіанця Сатьендра Нат Бозе. У фізиці частинок розглядаються два основні типи елементарних частинок: бозони і ферміни.
Те, що визначає, чи є частинка бозоном або ферміоном, чи є його спин цілим або напівцілим. Зрештою, бозони є частинками, що відповідають за передачу сил взаємодії між ферміонами.
Тільки бозонні частинки можуть мати такий стан Бозе-Ейнштейнівського конденсату: якщо охолоджувані частинки є ферміонами, то досягається те, що називається рідиною Фермі..
Це тому, що бозони, на відміну від ферміонів, не повинні відповідати принципу виключення Паулі, який стверджує, що дві однакові частинки не можуть бути в одному і тому ж квантовому стані..
Всі атоми є одним і тим же атомом
У бозе-ейнштейнівському конденсаті всі атоми абсолютно рівні. Таким чином, більшість конденсованих атомів знаходяться на одному квантовому рівні, опускаючись до найменшого можливого енергетичного рівня.
Розділяючи це ж квантове стан і маючи однакову (мінімальну) енергію, атоми нерозрізняються і ведуть себе як єдиний "суператом".
Властивості
Той факт, що всі атоми мають однакові властивості, допускає ряд визначених теоретичних властивостей: атоми займають один і той же обсяг, розсіюють світло одного кольору і складають однорідну середу, серед інших характеристик.
Ці властивості подібні до властивостей ідеального лазера, який випромінює когерентне світло (просторово і тимчасово), однорідне, монохроматичне, в якому всі хвилі і фотони абсолютно однакові і рухаються в одному і тому ж напрямку, тому в ідеалі не розсіювати.
Програми
Можливостей, які дає цей новий стан матерії, багато, деякі дійсно дивовижні. Серед поточних або розвиваючих, найбільш цікавими є застосування Бозе-Ейнштейнівських конденсатів:
- Його використовують разом з атомними лазерами для створення високоточних наноструктур.
- Виявлення інтенсивності гравітаційного поля.
- Виробництво атомних годин є більш точним і стабільним, ніж ті, що існують в даний час.
- Моделювання в малому масштабі для вивчення деяких космологічних явищ.
- Застосування надплинності та надпровідності.
- Додатки випливають з явища, відомого як повільне світло або повільне світло; наприклад, в телепортації або в перспективному полі квантових обчислень.
- Поглиблення знань квантової механіки, проведення більш складних і нелінійних експериментів, а також перевірка деяких теорій, недавно сформульованих. Конденсати дають можливість відтворити в лабораторіях явища, які відбуваються у світлові роки.
Як бачите, конденсати Бозе-Ейнштейна можна використовувати не тільки для розробки нових технологій, але й для вдосконалення деяких вже існуючих методів..
Не дарма вони пропонують велику точність і надійність, що можливо завдяки фазовій когерентності в атомному полі, що полегшує великий контроль часу і відстаней.
Таким чином, бозе-ейнштейнові конденсати могли стати революційними, як і сам лазер, оскільки вони мають багато спільних властивостей. Проте великою проблемою для цього є температура, при якій виробляються ці конденсати.
Таким чином, складність полягає в тому, наскільки складно їх отримати і в їхньому дорогому обслуговуванні. Тому більшість зусиль в даний час зосереджені в основному на її застосуванні до фундаментальних досліджень.
Конденсований Бозе-Ейнштейн і квантова фізика
Демонстрація існування конденсатів Бозе-Ейнштейна запропонувала новий і важливий інструмент для вивчення нових фізичних явищ в дуже різних областях..
Немає сумніву, що його когерентність на макроскопічному рівні полегшує як вивчення, розуміння і демонстрацію законів квантової фізики.
Однак той факт, що температури, близькі до абсолютного нуля, необхідні для досягнення такого стану речовини, є серйозною незручністю, щоб отримати максимальну віддачу від його неймовірних властивостей..
Список літератури
- Конденсат Бозе-Ейнштейна (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 6 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
- Конденсат Бозе-Ейнштейна. (n.d.) У Вікіпедії. Отримано 6 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
- Ерік Корнелл і Карл Віман (1998). Конденсований Бозе-Ейнштейн, "Дослідження і наука".
- A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "Кондесте Бозе-Ейнштейна". Scientific American.
- Bosón (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 6 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
- Бозон (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 6 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.