Bose-Einstein kondensat (BEC), en tilstand af noget, som adskilte atomer eller subatomare partikler, der er kølet ned til tæt på det absolutte nulpunkt (0 K, − 273.15 °C, eller − 459.67 °F; K = kelvin), samles i en enkelt kvante mekanisk enhed—som er, et som kan beskrives af en bølgefunktion—på en nær-makroskopisk skala. Denne form for materie blev forudsagt i 1924 af Albert Einstein på basis af kvanteformuleringerne fra den indiske fysiker Satyendra Nath Bose.,
Selv om det var blevet forudsagt i årtier, den første atomare BEC var kun i 1995, da Eric Cornell og Carl e. wieman af JILA, en forskningsinstitution i fællesskab, der drives af National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado i Boulder, afkølet af en gas af rubidium atomer til 1,7 × 10-7 K over det absolutte nulpunkt. Sammen med Massolfgang Ketterle fra Massachusetts Institute of Technology (MIT), der skabte en BEC med natriumatomer, modtog disse forskere Nobelprisen for Fysik i 2001., Forskning i BECs har udvidet forståelsen af kvantefysik og har ført til opdagelsen af nye fysiske effekter.BEC-teorien sporer tilbage til 1924, da Bose overvejede, hvordan grupper af fotoner opfører sig. Fotoner hører til en af de to store klasser af elementære eller submikroskopiske partikler defineret ved, om deres kvantespin er et ikke-negativt heltal (0, 1, 2,…) eller et ulige halvt heltal (1/2, 3/2,…). Den tidligere type, kaldet bosoner, omfatter fotoner, hvis spin er 1. Sidstnævnte type, kaldet fermioner, omfatter elektroner, hvis spin er 1/2.,
som Bose bemærkede, opfører de to klasser sig forskelligt (se Bose-Einstein og Fermi-Dirac statistik). I henhold til Pauli-udelukkelsesprincippet har fermioner en tendens til at undgå hinanden, hvorfor hver elektron i en gruppe indtager en separat kvantetilstand (angivet med forskellige kvantetal, såsom elektronens energi). I modsætning hertil kan et ubegrænset antal bosoner have den samme energitilstand og dele en enkelt kvantetilstand.
Einstein udvidede snart Bose ‘ s arbejde for at vise, at ved ekstremt lave temperaturer ville “bosoniske atomer” med lige spins smelte sammen til en delt kvantetilstand ved den laveste tilgængelige energi. De nødvendige metoder til at producere temperaturer lave nok til at teste Einsteins forudsigelse ikke blevet opnåelige, men indtil 1990’erne. Et af de gennembrud, der afhang af den nye teknik af laser køling og fældefangst, hvor strålingen pres af en laserstråle køler og lokaliserer atomer ved at bremse dem ned., (Til dette arbejde delte den franske fysiker Claude Cohen-Tannoudji og amerikanske fysikere Steven Chu og .illiam D. Phillips Nobelprisen for Fysik i 1997.) Det andet gennembrud afhang af forbedringer i magnetisk indeslutning for at holde atomerne på plads uden en materialebeholder. Ved hjælp af disse teknikker, Cornell og e. wieman lykkedes at fusionere omkring 2.000 enkelte atomer i en “superatom,” et kondensat store nok til at observere med et mikroskop, der vises forskellige kvantemekaniske egenskaber. Som describedieman beskrev præstationen, ” vi bragte det til en næsten menneskelig skala ., Vi kan stikke det og prod det og se på det her på en måde, som ingen har været i stand til før.”
BECs er relateret til to bemærkelsesværdig lav-temperatur fænomener: superfluidity, hvor hver af helium isotoper 3He og 4He danner en væske, der flyder med nul friktion; og superledning, hvor elektroner bevæger sig gennem et materiale med nul elektrisk modstand. 4He atomer er bosoner, og selvom 3He atomer og elektroner er fermioner, kan de også gennemgå Bose kondensation, hvis de parrer sig sammen med modsatte spins for at danne bosonlignende tilstande med nul netto spin., I 2003 brugte Deborah Jin og hendes kolleger hos JILA parrede fermioner til at skabe det første atomiske fermioniske kondensat.
BEC forskning har givet nye atomare og optisk fysik, såsom atom laser Ketterle demonstreret i 1996. En konventionel lyslaser udsender en stråle af sammenhængende fotoner; de er alle nøjagtigt i fase og kan fokuseres på et ekstremt lille lyspunkt. Tilsvarende producerer en atomlaser en sammenhængende stråle af atomer, der kan fokuseres ved høj intensitet., Potentielle applikationer omfatter mere præcise atomure og forbedrede teknikker til at lave elektroniske chips eller integrerede kredsløb.
den mest spændende egenskab ved BECs er, at de kan bremse lyset. I 1998 Lene Hau af Harvard University og hendes kolleger bremset lys rejser gennem en BEC fra sin hastighed i vakuum på 3 108 108 meter i sekundet til blot 17 meter i sekundet, eller omkring 38 miles i timen. Siden da har Hau og andre helt stoppet og gemt en lyspuls inden for en BEC, senere frigiver lyset uændret eller sender det til en anden BEC., Disse manipulationer holder løfte om nye typer lysbaseret telekommunikation, optisk lagring af data og kvanteberegning, selvom de lave temperaturkrav fra BECs giver praktiske vanskeligheder.