Bose-Einsteinova kondenzátu (BEC), stav hmoty, ve kterém samostatné atomy nebo subatomární částice, ochladí na teplotu blízké absolutní nule (0 K, − 273.15 °C, nebo − 459.67 °F; K = kelvin), splývají do jediné kvantové mechanické jednotky—to znamená, ten, který může být popsán pomocí vlnové funkce—na blízko-makroskopické měřítko. Tuto formu hmoty předpověděl v roce 1924 Albert Einstein na základě kvantových formulací Indického fyzika Satyendry Nath Bose.,

i když to byl předpověděl po celá desetiletí, první atomovou BEC byla provedena pouze v roce 1995, kdy Eric Cornell a Carl Wieman z JILA, výzkumné instituce provozované společně Národního Institutu pro Standardy a Technologie (NIST) a na Coloradské Univerzitě v Boulderu, chlazený plynem z atomů rubidia na 1,7 × 10-7 K nad absolutní nulou. Spolu s Wolfgang Ketterle z Massachusettského Technologického Institutu (MIT), který vytvořil BEC s atomů sodíku, tito výzkumníci získal v roce 2001 Nobelovu Cenu za Fyziku., Výzkum BECs rozšířil chápání kvantové fyziky a vedl k objevu nových fyzikálních efektů.

teorie BEC sahá až do roku 1924, kdy Bose zvažoval, jak se chovají skupiny fotonů. Fotony patří do jedné ze dvou velkých tříd základních nebo submikroskopické částice definována tím, zda je jejich kvantový spin je nezáporné celé číslo (0, 1, 2, …) nebo lichý půl integer (1/2, 3/2, …). Bývalý typ, nazývaný bosony, zahrnuje fotony, jejichž spin je 1. Druhý typ, nazývaný fermiony, zahrnuje elektrony, jejichž spin je 1/2.,

jak poznamenal Bose, obě třídy se chovají odlišně (viz statistiky Bose-Einstein a Fermi-Dirac). Podle principu Pauliho vyloučení mají fermiony tendenci se navzájem vyhýbat, proto každý elektron ve skupině zaujímá samostatný kvantový stav (označený různými kvantovými čísly, jako je energie elektronu). Naproti tomu neomezený počet bosonů může mít stejný energetický stav a sdílet jeden kvantový stav.

získejte předplatné Britannica Premium a získejte přístup k exkluzivnímu obsahu., Přihlásit se Nyní

Einstein si brzy rozšířena Bose práce ukazují, že při extrémně nízkých teplotách „bosonic atomy“ s i spins by splývají do společného kvantového stavu, na nejnižší možnou energií. Potřebné metody pro výrobu teploty dostatečně nízké, aby test Einsteinovy předpovědi nestal dosažitelné, nicméně, až do roku 1990. Jeden z objevů závisí na román techniku, laserové chlazení a pastí, ve které je tlak záření laserového paprsku ochlazuje a lokalizuje atomy tím, že zpomaluje je dolů., (Za tuto práci sdíleli Nobelovu cenu za fyziku 1997 francouzský fyzik Claude Cohen-Tannoudji a američtí fyzici Steven Chu a William D.Phillips.) Druhý průlom závisel na zlepšení magnetického omezení, aby se atomy udržely na místě bez kontejneru na materiál. Použití těchto technik, Cornell a Wieman podařilo sloučení asi 2000 jednotlivých atomů do „superatom“ kondenzát dostatečně velký, aby pozorovat pod mikroskopem, které se zobrazí odlišné kvantové vlastnosti. Jak Wieman popsal úspěch, “ přinesli jsme ho do téměř lidského měřítka., Můžeme to strčit a prodat a podívat se na tyto věci způsobem, který nikdo předtím nedokázal.“

stejně jako parkování, se týkají dva pozoruhodné nízké teploty jevy: superfluidity, ve kterém každý z izotopů helia 3He a 4He tvoří tekutina, která proudí s nulovou tření; a supravodivost, ve které elektrony pohybovat materiálu s nulovým elektrickým odporem. 4He atomy jsou bosony, a i když 3He atomy a elektrony jsou fermiony, mohou také podstoupit Bose kondenzace pokud se spárovat s opačnými spiny tvořit bosonlike státy s nulovou čistou rotaci., V roce 2003 Deborah Jin a její kolegové v JILE použili spárované fermiony k vytvoření prvního atomového fermionického kondenzátu.

výzkum BEC přinesl novou atomovou a optickou fyziku, jako je atom laser Ketterle demonstrovaný v roce 1996. Konvenční světelný laser vydává paprsek koherentních fotonů; všechny jsou přesně ve fázi a mohou být zaměřeny na extrémně malé, jasné místo. Podobně, Atom laser vytváří koherentní paprsek atomů, které mohou být zaměřeny na vysokou intenzitu., Potenciální aplikace zahrnují přesnější atomové hodiny a vylepšené techniky pro výrobu elektronických čipů nebo integrovaných obvodů.

nejzajímavější vlastností BECs je, že mohou zpomalit světlo. V roce 1998 Lene Hau z Harvardské Univerzity a její kolegové zpomalil světlo cestování přes BEC od jeho rychlosti ve vakuu 3 × 108 metrů za sekundu na pouhých 17 metrů za sekundu, nebo asi 38 kilometrů za hodinu. Od té doby, Hau a jiní mají zcela zastavil a uloženy světelný puls v BEC, později uvolňuje světlo beze změny, nebo odeslání do druhého BEC., Tyto manipulace mají příslib pro nové typy telekomunikací založených na světle, optické ukládání dat a kvantové výpočty, i když požadavky na nízkou teplotu BECs nabízejí praktické potíže.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *