Proprietățile condensului Bose-Einstein, aplicații

Condensul Bose-Einstein este o stare de materie care apare în anumite particule la temperaturi aproape de zero absolute. De mult timp se credea că cele trei stări posibile de agregare a materiei erau solide, lichide și gaze.

Apoi a fost descoperită a patra stare: plasmă; iar condensul Bose-Einstein este considerat al cincilea stat. Proprietatea caracteristică este aceea că particulele de condens se comportă mai degrabă ca un sistem cuantic mare decât în ​​mod obișnuit (ca un set de sisteme cuantice individuale sau ca o grupare de atomi).

Cu alte cuvinte, se poate spune că întregul set de atomi care alcătuiesc condensul Bose-Einstein se comportă ca și cum ar fi un singur atom.

index

• 1 Origine
• 2 Obținerea
  • 2.1 Bozoanele
  • 2.2 Toți atomii sunt aceiași atom
• 3 Proprietăți
• 4 Aplicații
  • 4.1 Bose-Einstein condensat și fizica cuantică
• 5 Referințe

sursă

Ca multe din cele mai recente descoperiri științifice, existența condensului a fost dedusă teoretic înainte de a exista dovezi empirice despre existența sa.

Astfel, au fost Albert Einstein si Satyendra Nath Bose a prezis, teoretic, pe care acest fenomen într-o publicație comună în 1920 au făcut acest lucru în primul rând pentru cazul de fotoni și apoi la cazul ipotetic al atomilor gazoși.

Demonstrarea existenței sale reale nu a fost posibilă decât după câteva decenii, când a fost posibil să se răcească un eșantion la temperaturi destul de scăzute pentru a dovedi că ecuațiile anticipate erau adevărate.

obținerea

Bose-Einstein condensatului a fost obținut în 1995 de Eric Cornell, Wieman si Wolfgang Ketterle Carlo, care, ca urmare, ar fi împărtășit în cele din urmă Premiul Nobel pentru Fizică 2001.

Pentru a realiza condensat Bose-Einstein a recurs la o serie de tehnici experimentale de fizica atomica, cu care a reușit să ajungă la temperatura 0.00000002 grade Kelvin peste zero absolut (mult mai mică decât cea mai mică temperatură observată la temperatură spațiu) .

Eric Cornell și Carlo Weiman au folosit aceste tehnici într-un gaz diluat compus din atomi de rubidiu; La rândul său, Wolfgang Ketterle le-a aplicat puțin mai târziu atomilor de sodiu.

Bozoanele

Numele Boson este folosit în onoarea fizicianului indian Satyendra Nath Bose. În fizica particulelor sunt considerate două tipuri de particule elementare: bosoni și ferminioane.

Ceea ce determină dacă o particulă este un boson sau un fermion este dacă spinul său este întreg sau jumătate întreg. În cele din urmă, bosoanele sunt particulele responsabile pentru transmiterea forțelor de interacțiune între fermioane.

Numai particulele bosonice pot avea această stare a condensului Bose-Einstein: dacă particulele care sunt răcite sunt fermioane, ceea ce se obține este numit lichid Fermi.

Acest lucru se datorează faptului că bozoni, spre deosebire de fermioni, nu trebuie să respecte principiul de excluziune al lui Pauli, care prevede că două particule identice nu pot fi simultan în aceeași stare cuantică.

Toți atomii sunt același atom

Într-un condens Bose-Einstein toți atomii sunt absolut egali. În acest fel, cei mai condensați atomi sunt la același nivel cuantic, coborând la cel mai mic nivel posibil de energie.

Împărțind aceeași stare cuantică și având aceeași energie (minimă), atomii sunt indistinguizabili și se comportă ca un singur "superatom".

proprietăţi

Faptul că toți atomii care au proprietăți identice implică o serie de anumite proprietăți teoretice: atomi ocupă același volum, lumina împrăștiată de aceeași culoare și un mediu omogen este constituit, printre alte caracteristici.

Aceste proprietăți sunt similare cu cele ale laserului ideale, care emite un coerent (spațial și temporal) uniform de lumină monocromatică, în care toate valurile și fotonii sunt absolut egale și se deplasează în aceeași direcție, care în mod ideal nu disipa.

aplicații

Posibilitățile oferite de această nouă stare de materie sunt multe, unele chiar uimitoare. Printre cele actuale sau în curs de dezvoltare, cele mai interesante aplicații ale condenselor Bose-Einstein sunt următoarele:

- Utilizarea acestuia împreună cu laserele atomice pentru a crea nano-structuri de înaltă precizie.

- Detectarea intensității câmpului gravitațional.

- fabricarea ceasurilor atomice mai precise și mai stabile decât cele care există în prezent.

- Simulări, la scară mică, pentru studiul anumitor fenomene cosmologice.

- Aplicații de superfluiditate și superconductivitate.

- Aplicații derivate din fenomenul cunoscut sub numele de lumină slabă sau lumină lentă; de exemplu, în teleportare sau în domeniul promițător de calcul cuantic.

- aprofundarea cunoașterii mecanicii cuantice, efectuarea de experimente mai complexe și neliniare, precum și verificarea anumitor teorii formulate recent.Condensatoarele oferă posibilitatea de a recrea în laboratoarele de fenomene care se întâmplă la ani de lumină.

După cum puteți vedea, condensatele Bose-Einstein pot fi utilizate nu numai pentru a dezvolta noi tehnici, ci și pentru a rafina câteva tehnici care există deja.

Nu în zadar oferă o mare precizie și fiabilitate, ceea ce este posibil datorită coerenței lor de fază în domeniul atomic, ceea ce facilitează un mare control al timpului și distanțelor.

Prin urmare, condensatele Bose-Einstein ar putea deveni la fel de revoluționare ca și laserul, deoarece au multe proprietăți comune. Cu toate acestea, marea problemă pentru acest lucru constă în temperatura la care sunt produse aceste condensate.

Astfel, dificultatea constă atât în ​​cât de complicat este obținerea acestora și în întreținerea lor costisitoare. Din toate aceste motive, majoritatea eforturilor se concentrează în prezent în principal pe aplicarea lor la cercetarea de bază.

Condensat Bose-Einstein și fizica cuantică

Demonstrarea existenței condenselor Bose-Einstein a oferit un instrument nou și important pentru studiul fenomenelor fizice noi în domenii foarte diverse.

Nu există nicio îndoială că coerența acesteia la nivel macroscopic facilitează atât studiul, înțelegerea și demonstrarea legilor fizicii cuantice.

Cu toate acestea, faptul că temperaturile apropiate de zero absolută sunt necesare pentru a atinge această stare de materie este un inconvenient serios pentru a profita la maximum de proprietățile sale incredibile.

referințe

1. Condensul lui Bose-Einstein (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 6 aprilie 2018 de la es.wikipedia.org.
2. Condensul Bose-Einstein. (n.d.) În Wikipedia. Adus pe 6 aprilie 2018, de la en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell și Carl Wieman (1998). Condensat Bose-Einstein, "Cercetare și știință".
4. A. Cornell & C.E. Wieman (1998). "Condensul Bose-Einstein". Scientific American.
5. Bosón (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 6 aprilie 2018 de la es.wikipedia.org.
6. Boson (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 6 aprilie 2018, de la en.wikipedia.org.