Condensatul Bose Einstein (CBE) este o stare de agregare a materiei, la fel ca stările obișnuite: gazoase, lichide și solide, dar care are loc la temperaturi extrem de scăzute, foarte aproape de zero absolut.
Se compune din particule numite bosoni, care la aceste temperaturi sunt situate în starea cuantică cu cea mai mică energie, numită stare fundamentală. Albert Einstein a prezis această împrejurare în 1924, după ce a citit lucrările care i-au fost trimise de fizicianul hindus Satyendra Bose cu privire la statisticile fotonilor..
Nu este ușor să obțineți temperaturile necesare în laborator pentru formarea condensatului Bose-Einstein, așa că a fost necesar să așteptați până în 1995 pentru a avea tehnologia necesară.
În acel an, fizicienii nord-americani Eric Cornell și Carl Wieman (Universitatea din Colorado) și mai târziu fizicianul german Wolfgang Ketterle (MIT), au reușit să observe primele condensate Bose-Einstein. Oamenii de știință din Colorado au folosit rubidiu-87, în timp ce Ketterle a făcut-o printr-un gaz foarte diluat de atomi de sodiu..
Datorită acestor experimente, care au deschis porțile către noi domenii de cercetare în natura materiei, Ketterle, Cornell și Wieman au primit premiul Nobel în 2001..
Și este că temperaturile foarte scăzute fac posibil ca atomii unui gaz cu anumite caracteristici să formeze o stare atât de ordonată încât toți reușesc să dobândească aceeași energie redusă și cantitatea de mișcare, lucru care nu se întâmplă în materia obișnuită..
Să vedem principalele caracteristici ale condensului Bose-Einstein:
Când aveți un gaz închis într-un recipient, în mod normal, particulele care îl compun păstrează o distanță suficientă una de cealaltă, interacționând foarte puțin, cu excepția coliziunilor ocazionale între ele și cu pereții containerului. De aici derivă binecunoscutul model de gaz ideal.
Cu toate acestea, particulele sunt în permanentă agitație termică, iar temperatura este parametrul decisiv care definește viteza: cu cât temperatura este mai mare, cu atât se mișcă mai repede..
Și, deși viteza fiecărei particule poate varia, viteza medie a sistemului rămâne constantă la o temperatură dată..
Următorul fapt important este că materia este compusă din două tipuri de particule: fermioni și bosoni, diferențiați prin spin (moment angular intrinsec), o calitate cuantică în întregime..
Electronul, de exemplu, este un fermion cu spin semi-întreg, în timp ce bosonii au un spin întreg, făcând comportamentul lor statistic diferit..
Fermionilor le place să fie diferiți și de aceea respectă principiul excluderii Pauli, conform căruia nu pot exista doi fermioni în atom cu aceeași stare cuantică. Din acest motiv, electronii sunt localizați pe orbitali atomici diferiți și, prin urmare, nu ocupă aceeași stare cuantică.
Pe de altă parte, bosonii nu aderă la principiul excluderii, deci nu au nicio problemă în a ocupa aceeași stare cuantică.
Un alt fapt cheie în înțelegerea CBE este natura duală a materiei: undă și particulă în același timp..
Atât fermionii, cât și bosonii pot fi descriși ca o undă cu o anumită extensie în spațiu. Lungime de undă λ a acestui val este legat de impuls sau impuls p, prin ecuația De Broglie:
Unde h este constanta lui Planck, a cărei valoare este 6,62607015 × 10-3. 4 J.s.
La temperaturi ridicate predomină agitația termică, ceea ce înseamnă că impulsul p este mare și lungimea de undă λ este mic. Astfel, atomii își arată proprietățile ca particule.
Dar când temperatura scade, agitația termică scade și odată cu aceasta impulsul, determinând creșterea lungimii de undă și caracteristicile valului. Astfel, particulele nu mai sunt localizate, deoarece undele respective cresc în dimensiune și se suprapun reciproc..
Există o anumită temperatură critică sub care bosonii ajung în starea fundamentală, care este starea cu cea mai mică energie (nu este 0). Acesta este momentul în care apare condensul.
Rezultatul este că atomii bosonici nu se mai disting și sistemul devine un fel de super atom, descris de o funcție de unică undă. Este echivalent cu vizualizarea acestuia printr-un puternic obiectiv de mărire cu care detaliile sale pot fi apreciate.
Dificultatea experimentului constă în menținerea sistemului la temperaturi suficient de scăzute, astfel încât lungimea de undă de Broglie să rămână ridicată..
Oamenii de știință din Colorado au realizat acest lucru folosind un sistem de răcire cu laser, care constă în lovirea probei de atomi frontală cu șase fascicule de lumină laser pentru a le încetini brusc și, astfel, a reduce drastic agitația lor termică..
Apoi atomii mai reci și mai încet au fost prinși de un câmp magnetic, lăsându-i pe cei mai rapizi să scape pentru a răci și mai mult sistemul..
Atomii confinați în acest fel au reușit să formeze, pentru scurte momente, o picătură mică de CBE, care a durat suficient pentru a fi înregistrată într-o imagine..
Aplicațiile CBE sunt în prezent în plină dezvoltare și va mai trece ceva timp până să se materializeze..
Menținerea consistenței în computerele cuantice nu este o sarcină ușoară, motiv pentru care CBE-urile au fost propuse ca mijloc de menținere a schimbului de informații între computerele cuantice individuale..
Viteza luminii în vid este o constantă a naturii, deși valoarea sa în alte medii, cum ar fi apa, poate fi diferită.
Datorită CBE-urilor, este posibil să se reducă foarte mult viteza luminii, până la 17 m / s, conform unor experimente. Este ceva care nu numai că ne va permite să mergem și mai adânc în studiul naturii luminii, ci și utilizarea acesteia în calculul cuantic pentru a stoca informații.
Atomii reci permit crearea de ceasuri atomice extrem de precise, care experimentează întârzieri minime pe perioade lungi de ordinul a milioane de ani, calități foarte utile la sincronizarea sistemelor GPS..
Forțele atomice generate în condens pot ajuta la simularea condițiilor în care apar procesele fizice în cadrul unor obiecte notabile din univers, cum ar fi stelele de neutroni și găurile negre..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.