Bose-Einstein kondensat (BEC), en tilstand av materie som separate atomer eller subatomære partikler, kjølt ned til nær absolutte nullpunkt (0 K, − 273.15 °C, eller − 459.67 °F; K = kelvin), sammenfattet i en enkelt kvantemekaniske enhet—som er, en som kan bli beskrevet av en bølge funksjon—på en nær-makroskopisk skala. Denne form for materie som ble spådd i 1924 av Albert Einstein på grunnlag av quantum formuleringer av den Indiske fysikeren Satyendra Nath Bose.,
Selv om det hadde vært forutsett for flere tiår, er den første atomic BEC ble gjort i 1995, da Eric Cornell og Carl Wieman av JILA, en forskningsinstitusjon som drives i fellesskap av National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado i Boulder, nedkjølt gass av rubidium atomer til 1,7 × 10-7 K over absolutt null. Sammen med Wolfgang Ketterle av Massachusetts Institute of Technology (MIT), som skapte en BEC med natrium atomer, disse forskerne fikk i 2001 nobelprisen i Fysikk., Forskning på BECs har utvidet forståelse av kvantefysikk og har ført til oppdagelsen av nye fysiske virkninger.
BEC teori spor tilbake til 1924, da Bose vurdert hvordan grupper av fotoner oppføre seg. Fotoner tilhører en av de to store klasser på barneskolen eller submicroscopic partikler som er definert av om deres quantum spinn er en ikke-negative heltall (0, 1, 2, …) eller en merkelig halvparten heltall (1/2, 3/2, …). Den førstnevnte typen, kalt bosoner, omfatter fotoner, hvis et spinn er 1. Den sistnevnte typen, kalt fermions, inneholder elektroner, hvis et spinn er 1/2.,
Som Bose er nevnt, to klasser oppføre seg annerledes (se Bose-Einstein og Fermi-Dirac-statistikk). I henhold til Pauli utelukkelse prinsippet, fermions har en tendens til å unngå hverandre, som er grunnen til hvert elektron i en gruppe opptar en egen quantum state (merket med forskjellige quantum tall, for eksempel elektronets energi). I kontrast, et ubegrenset antall bosoner kan ha samme energi tilstand og dele en enkelt quantum staten.
Einstein snart utvidet Bose arbeid for å vise at ved ekstremt lave temperaturer «bosonic atomer» med enda spins ville smelte sammen til en felles quantum staten på den lavest tilgjengelig energi. De nødvendige metoder for å produsere temperaturer, lavt nok til å teste Einsteins prediksjon ikke bli oppnåelig, men frem til 1990-tallet. En av de gjennombruddene avhengig av romanen teknikk av laser kjøling og fangst, som stråling trykket av en laserstråle kjøler og lokaliserer atomer ved å bremse dem ned., (For dette arbeidet, fransk fysiker Carl Cohen-Tannoudji og Amerikanske fysikere Steven Chu og William D. Phillips felles 1997) nobelprisen i Fysikk.) Den andre gjennombrudd avhengig av forbedringer i magnetisk innesperring i for å holde atomer i sted uten et materiale container. Ved hjelp av disse teknikkene, Cornell og Wieman lyktes i å slå sammen ca 2000 individuelle atomer i en «superatom,» et kondensat store nok til å observere med et mikroskop, som vises tydelig quantum egenskaper. Som Wieman beskrevet oppnåelse, «Vi hadde det med seg til et nesten menneskelig skala., Vi kan peke på det og prod det og se på dette på en måte som ingen har vært i stand til å før.»
BECs er knyttet til to bemerkelsesverdig lav temperatur fenomener: superfluidity, der hver av helium isotoper 3He og 4He former en væske som flyter med null friksjon, og superleder, der elektronene bevege seg gjennom et materiale med null elektrisk motstand. 4He atomer er bosoner, og selv om 3He atomer og elektroner er fermions, de kan også gjennomgå Bose kondens hvis de par med motsatt spinn for å danne bosonlike stater med null netto spinn., I 2003 Deborah Jin og hennes kolleger ved JILA brukt sammenkoblede fermions for å lage den første atomic fermionic kondensat.
BEC forskning har gitt ny atom-og optisk fysikk, for eksempel atom laser Ketterle påvist i 1996. En vanlig lys, laser sender ut en stråle av sammenhengende fotoner; de er alle nøyaktig i fase og kan være rettet til en ekstremt liten, lys flekk. På samme måte, en atom-laser gir et helhetlig stråle av atomer som kan være fokusert på høy intensitet., Mulige bruksområder er mer nøyaktig atomklokkene og forbedrede teknikker for å lage elektroniske chips, eller integrerte kretser.
Den mest spennende holderen for BECs er at de kan bremse ned lys. I 1998 Lene Hau av Harvard University og hennes kolleger bremset lyset reiser gjennom en BEC fra sin hastighet i vakuum på 3 × 108 meter per sekund å bare 17 meter per sekund, eller om lag 38 miles per time. Siden da, Hau og andre har helt stoppet og lagret en lys puls innenfor en BEC, senere avgi lys uendret eller sende det til en annen BEC., Disse manipulasjoner holde løftet for nye typer lys-basert telekommunikasjon, optisk lagring av data, og quantum computing, selv om den lave temperaturen kravene i BECs tilbyr praktiske vanskeligheter.