Kondenserat Bose-Einstein ursprung, egenskaper och applikationer



den Bose-Einstein kondensat det är ett tillstånd av materia som uppstår i vissa partiklar vid temperaturer nära absolut noll. Under lång tid ansågs att de enda tre möjliga aggregeringstillstånden för materia var fasta, flytande och gasformiga.

Då upptäcktes det fjärde tillståndet: plasma; och Bose-Einstein-kondensatet anses vara det femte staten. Den karakteristiska egenskapen är att partiklar kondensat beter sig som en stor kvant systemet snarare än som de brukar göra (som en uppsättning av enskilda kvantsystem eller som en gruppering av atomer).

Det kan med andra ord sägas att hela uppsättningen atomer som utgör Bose-Einstein-kondensatet uppträder som om det var en enda atom.

index

  • 1 Ursprung
  • 2 Erhållande
    • 2.1 bosonen
    • 2.2 Alla atomer är samma atom
  • 3 egenskaper
  • 4 applikationer
    • 4.1 Kondenserad Bose-Einstein och kvantfysik
  • 5 referenser

källa

Liksom många av de senaste vetenskapliga upptäckterna, var förekomsten av kondensatet teoretiskt avledd innan det fanns empiriska bevis för dess existens.

Sålunda de var Albert Einstein och Satyendra Nath Bose förutsägas teoretiskt vem detta fenomen i en gemensam publikation på 1920-talet De gjorde detta först för fallet med fotoner och sedan till det hypotetiska fallet med gasformiga atomer.

Demonstrationen av dess verkliga existens hade inte varit möjligt för några decennier sedan, då det var möjligt att svalna ett prov till temperaturer som var tillräckligt låga för att bevisa att vad ekvationerna förutsåg var sanna.

erhålla

Bose-Einstein kondensat erhölls 1995 av Eric Cornell, Wiemans och Wolfgang Ketterle Carlo som följd, skulle så småningom delade Nobelpriset i fysik 2001.

Att uppnå Bose-Einstein kondensat tillgripit ett antal experimentella tekniker atomfysik, med vilken lyckades nå temperaturen 0.00000002 grader Kelvin över den absoluta noll (mycket lägre än den lägsta temperatur som observeras i yttre rymden temperatur).

Eric Cornell och Carlo Weiman använde dessa tekniker i en utspädd gas bestående av rubidiumatomer; För sin del tillämpade Wolfgang Ketterle dem kort tid senare på natriumatomer.

Bosonen

Namnet boson används för att hedra den indiska födda fysikern Satyendra Nath Bose. I partiklarnas fysik anses två grundläggande typer av elementära partiklar: bosoner och ferminjoner.

Vad som bestämmer huruvida en partikel är en boson eller en fermion är huruvida dess spinn är heltal eller halva heltal. I slutändan är bosoner partiklarna ansvariga för överföring av interaktionskrafter mellan fermioner.

Endast de bosoniska partiklarna kan ha detta tillstånd av Bose-Einstein-kondensat: om de partiklar som kyls är fermioner, kallas det en Fermi-vätska..

Detta beror bosoner, till skillnad fermioner, behöver inte uppfylla uteslutningsprincipen Pauli, där det anges att två identiska partiklar ej samtidigt kan vara i samma kvanttillstånd.

Alla atomer är samma atom

I ett Bose-Einstein-kondensat är alla atomer helt lika. På så sätt är de flesta kondenserade atomer på samma kvantnivå, som går ner till den lägsta energinivån som är möjlig.

Genom att dela samma kvantitet och ha all samma (minsta) energi är atomerna oskiljbara och uppför sig som en enda "superatom".

egenskaper

Det faktum att alla de atomer som har identiska egenskaper involverar en serie av vissa teoretiska egenskaper: atomer uppta samma volym, är scatter ljus av samma färg och ett homogent medium utgörs, bland andra funktioner.

Dessa egenskaper är liknande de av den ideala laser, som emitterar en koherent (rumsligt och tidsmässigt) likformig monokromatiskt ljus, där alla vågor och fotoner är helt lika och rör sig i samma riktning, som i idealfallet inte avledande.

tillämpningar

Möjligheterna som erbjuds av denna nya materia är många, några verkligen fantastiska. Bland de nuvarande eller utvecklande är de mest intressanta användningarna av Bose-Einstein-kondensat följande:

- Dess användning tillsammans med atomlaser för att skapa nanokonstruktioner med hög precision.

- Detektion av gravitationsfältintensitet.

- Tillverkning av atomklockor är mer exakt och stabil än de som för närvarande finns.

- Simuleringar, i liten skala, för studier av vissa kosmologiska fenomen.

- Tillämpningar av superfluiditet och superledning.

- Applikationer härledda från fenomenet känt som långsamt ljus eller långsamt ljus; till exempel i teleportation eller i det lovande området för kvanträkning.

- Fördjupa kunskapen om kvantmekanik, genomföra mer komplexa och icke-linjära experiment, samt verifiera vissa teorier som nyligen formulerats. Kondensaten ger möjlighet att återskapa i laboratoriernas fenomen som uppstår i ljusår.

Som du kan se kan Bose-Einstein-kondensat användas inte bara för att utveckla nya tekniker, men också för att förbättra vissa tekniker som redan finns.

Inte förgäves erbjuder de stor precision och tillförlitlighet, vilket är möjligt på grund av sin fassammanhang i atomfältet, vilket underlättar en stor kontroll över tid och avstånd.

Därför kan Bose-Einstein-kondensatema bli lika revolutionerande som själva lasern var, eftersom de har många egenskaper gemensamt. Det stora problemet för detta är emellertid att ligga i temperaturen vid vilken dessa kondensat produceras.

Sålunda ligger svårigheten både i hur komplicerat det är att erhålla dem och i deras kostsamma underhåll. Därför fokuserar de flesta ansträngningarna främst på dess tillämpning på grundforskning.

Kondenserad Bose-Einstein och kvantfysik

Demonstrationen av förekomsten av Bose-Einstein-kondensat har erbjudit ett nytt och viktigt verktyg för studier av nya fysiska fenomen på mycket olika områden.

Det finns ingen tvekan om att dess koherens på makroskopisk nivå underlättar både kvantitativ fysikens studie, förståelse och demonstration.

Det faktum att temperaturer nära absolut noll är nödvändiga för att uppnå detta tillstånd är emellertid ett allvarligt besvär för att få ut det mesta av sina otroliga egenskaper..

referenser

  1. Kondensat av Bose-Einstein (n.d.). På Wikipedia. Hämtad den 6 april 2018, från es.wikipedia.org.
  2. Bose-Einstein kondensat. (n.d.). I Wikipedia. Hämtad den 6 april 2018, från en.wikipedia.org.
  3. Eric Cornell och Carl Wieman (1998). Kondenserad Bose-Einstein, "Forskning och vetenskap".
  4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "The Bose-Einstein condenste". Vetenskaplig amerikan.
  5. Boson (n.d.). På Wikipedia. Hämtad den 6 april 2018, från es.wikipedia.org.
  6. Boson (n.d.). På Wikipedia. Hämtad den 6 april 2018, från en.wikipedia.org.