Bose-Einstein kondenzátum (BEC), egy halmazállapot, amelyben különálló atomok vagy szubatomi részecskék, hűtött közel abszolút nulla (0 K, − 273.15 °C, vagy − 459.67 °F; K = kelvin), összefolynak a egyetlen kvantummechanikai szervezet—ez az, ami leírható egy hullámfüggvény—a közel-makroszkopikus skálán. Ezt az anyagformát 1924-ben Albert Einstein megjósolta Satyendra Nath Bose indiai fizikus kvantumkészítményei alapján.,
Bár az előre látható volt, hogy évtizedek óta, az első atomi BEC csak 1995-ben, amikor Eric Cornell, valamint Carl Wieman a JILA, kutatási intézmény közösen üzemelteti a National Institute of Standards and Technology (NIST), valamint a University of Colorado at Boulder, lehűlt gáz a rubídium atomokból 1,7 × 10-7 K abszolút nulla. Wolfgang Ketterle, a Massachusetts Institute of Technology (MIT), aki létrehozott egy Bec nátrium atomok, ezek a kutatók megkapta a 2001-es fizikai Nobel-díjat., A BECs kutatása kibővítette a kvantumfizika megértését, és új fizikai hatások felfedezéséhez vezetett.
a BEC elmélet 1924-ig nyúlik vissza, amikor Bose megvizsgálta, hogyan viselkednek a fotonok csoportjai. A fotonok az elemi vagy szubmikroszkópos részecskék két nagy osztályába tartoznak, amelyeket úgy határoznak meg, hogy kvantumpinjuk nemnegatív egész (0, 1, 2,…) vagy páratlan fél egész (1/2, 3/2,…). Az előbbi típus, az úgynevezett bozonok, fotonokat tartalmaz, amelyek spinje 1. Az utóbbi típus, az úgynevezett fermionok, olyan elektronokat tartalmaz, amelyek spinje 1/2.,
mint Bose megjegyezte, a két osztály másképp viselkedik (lásd Bose-Einstein és Fermi-Dirac statisztikák). A Pauli kizárási elv szerint a fermionok hajlamosak elkerülni egymást, ezért egy csoport minden elektronja külön kvantumállapotot foglal el (különböző kvantumszámok, például az elektron energiája). Ezzel szemben korlátlan számú bozon azonos energiaállapotú lehet, és egyetlen kvantumállapotban osztozhat.
Einstein hamarosan meghosszabbította Bose munkáját, hogy megmutassa, hogy rendkívül alacsony hőmérsékleten a “bosonic atomok” egyenletes pörgetésekkel megosztott kvantumállapotba kerülnek a rendelkezésre álló legalacsonyabb energia mellett. Az Einstein jóslatának teszteléséhez szükséges hőmérséklet-előállítási módszerek azonban az 1990-es évekig nem váltak elérhetővé. az egyik áttörés a lézersugár hűtésének és csapdázásának új technikájától függött, amelyben a lézersugár sugárzási nyomása lehűl és lokalizálja az atomokat azáltal, hogy lelassítja őket., (Ehhez a munkához Claude Cohen-Tannoudji francia fizikus, Steven Chu amerikai fizikus és William D. Phillips osztotta meg az 1997-es fizikai Nobel-díjat.) A második áttörés a mágneses záródás javulásától függött, hogy az atomokat anyagtartály nélkül tartsák a helyén. Ezekkel a technikákkal Cornellnek és Wiemannek sikerült mintegy 2000 egyes atomot “szuperatommá” egyesítenie, egy olyan kondenzátumot, amely elég nagy ahhoz, hogy mikroszkóppal megfigyelje, amely különálló kvantum tulajdonságokat mutatott. Ahogy Wieman leírta az eredményt, ” szinte emberi méretre hoztuk., Meg tudjuk szúrni, meg tudjuk csinálni, és úgy nézhetjük meg ezt a dolgot, ahogy eddig senki sem tudta.”
A BECs két figyelemre méltó alacsony hőmérsékletű jelenséghez kapcsolódik: szuperfolyékonyság, amelyben a 3HE és 4HE hélium izotópok mindegyike olyan folyadékot képez, amely nulla súrlódással áramlik; és szupravezetés, amelyben az elektronok nulla elektromos ellenállású anyagon mozognak. 4He atomok bozonok, s bár 3He atom, elektron lehet fermions, ők is mennek Bose kondenzáció, ha pár ezzel szemben pörgetések formában bosonlike államok nulla nettó spin., 2003-ban Deborah Jin és kollégái JILÁBAN párosított fermionokat használtak az első atomi fermionos kondenzátum létrehozásához.
a BEC research Új atomfizikát és optikai fizikát hozott létre, mint például az 1996-ban bemutatott Atom lézer Ketterle. A hagyományos fénylézer koherens fotonok sugárát bocsátja ki; ezek mind pontosan fázisban vannak, és rendkívül kicsi, fényes foltra összpontosíthatók. Hasonlóképpen, egy atom lézer koherens atomsugarat hoz létre, amely nagy intenzitással koncentrálható., A lehetséges alkalmazások közé tartoznak a pontosabb atomórák, valamint az elektronikus chipek vagy integrált áramkörök gyártására szolgáló továbbfejlesztett technikák.
a BECs legérdekesebb tulajdonsága az, hogy lelassíthatják a fényt. 1998-ban a Harvard Egyetemről származó Lene Hau és kollégái lelassították a BEC-n áthaladó fényt 3 × 108 méter / másodperces vákuumban, mindössze 17 méter / másodpercre, vagyis körülbelül 38 mérföld / óra sebességre. Azóta, Hau, mások teljesen megállt tárolt fény impulzus belül BEC, később elengedte a fény változatlan, vagy küld egy második BEC., Ezek a manipulációk ígéretesek az új típusú fényalapú távközlésre, az adatok optikai tárolására és a kvantumszámításra, bár a BECs alacsony hőmérsékletű követelményei gyakorlati nehézségeket kínálnak.