Zdieľam:
Kondenzovaný Bose-Einsteinov pôvod, vlastnosti a aplikácie
Bose-Einsteinov kondenzát je to stav hmoty, ktorý sa vyskytuje v určitých časticiach pri teplotách blízkych absolútnej nule. Dlho sa predpokladalo, že iba tri možné agregačné stavy hmoty sú tuhé, kvapalné a plynné.
Potom sa objavil štvrtý stav: plazma; a kondenzát Bose-Einstein je považovaný za piaty stav. Charakteristickou vlastnosťou je, že sa kondenzované častice chovajú ako veľký kvantový systém namiesto toho, čo zvyčajne robia (ako množina jednotlivých kvantových systémov alebo ako zoskupenie atómov)..
Inými slovami, možno povedať, že celá skupina atómov, ktoré tvoria Bose-Einsteinov kondenzát, sa chová, ako keby to bol jeden atóm..
index
- 1 Pôvod
- 2 Získanie
- 2.1 Bozóny
- 2.2 Všetky atómy sú rovnaké
- 3 Vlastnosti
- 4 Aplikácie
- 4.1 Kondenzovaná Bose-Einsteinova a kvantová fyzika
- 5 Referencie
zdroj
Ako mnohé z najnovších vedeckých objavov, existencia kondenzátu bola teoreticky odvodená predtým, ako existoval empirický dôkaz o jeho existencii..
Tak to bol Albert Einstein a Satyendra Nath Bose, ktorí teoreticky predpovedali tento fenomén v spoločnej publikácii v dvadsiatych rokoch minulého storočia, a to najprv v prípade fotónov a potom v prípade hypotetických plynných atómov..
Demonštrácia jeho skutočnej existencie nebola možná až pred niekoľkými desaťročiami, kedy bolo možné ochladiť vzorku na dostatočne nízke teploty, aby sa dokázalo, že predpokladané rovnice sú pravdivé..
získanie
Kondenzát Bose-Einstein získal v roku 1995 Eric Cornell, Carlo Wieman a Wolfgang Ketterle, ktorí sa vďaka tomu podelili o Nobelovu cenu za fyziku v roku 2001.
Na dosiahnutie Bose-Einsteinovho kondenzátu použili sériu experimentálnych techník v atómovej fyzike, s ktorými sa podarilo dosiahnuť teplotu 0,00000002 stupňov Kelvin nad absolútnu nulu (teplota oveľa nižšia ako najnižšia teplota pozorovaná vo vesmíre)..
Eric Cornell a Carlo Weiman používali tieto techniky v zriedenom plyne zloženom z atómov rubídia; Wolfgang Ketterle ich na chvíľu aplikoval na atómy sodíka.
Bozóny
Názov boson sa používa na počesť indiánskeho fyzika Satyendru Nath Bose. Vo fyzike častíc sa uvažujú dva základné typy elementárnych častíc: bozóny a ferminácie.
Čo určuje, či častica je boson alebo fermion, je to, či je jeho spin celé číslo alebo polovičné celé číslo. Nakoniec, bozóny sú častice zodpovedné za prenos interakčných síl medzi fermiónmi.
Iba bozonické častice môžu mať tento stav Bose-Einsteinovho kondenzátu: ak sú častice, ktoré sú ochladené, fermióny, to, čo sa dosiahne, sa nazýva Fermiho kvapalina..
Je to tak preto, že bozóny, na rozdiel od fermiónov, nemusia spĺňať Pauliho vylučovací princíp, ktorý uvádza, že dve identické častice nemôžu byť v rovnakom kvantovom stave súčasne.
Všetky atómy sú rovnaké
V Bose-Einsteinovom kondenzáte sú všetky atómy absolútne rovnaké. Týmto spôsobom je väčšina kondenzovaných atómov na rovnakej kvantovej úrovni, klesajúc na najnižšiu možnú úroveň energie.
Zdieľaním tohto istého kvantového stavu a majúcou rovnakú (minimálnu) energiu sú atómy nerozoznateľné a správajú sa ako jeden "superatóm"..
vlastnosti
Skutočnosť, že všetky atómy majú rovnaké vlastnosti, predpokladá sériu určených teoretických vlastností: atómy zaberajú rovnaký objem, rozptyľujú svetlo rovnakej farby a tvoria okrem iného aj homogénne médium..
Tieto vlastnosti sú podobné vlastnostiam ideálneho lasera, ktorý vyžaruje koherentné svetlo (priestorovo a časovo), rovnomerné, monochromatické, v ktorom sú všetky vlny a fotóny absolútne rovnaké a pohybujú sa v rovnakom smere, teda ideálne nie rozptyľujúce.
aplikácie
Možnosti, ktoré ponúka tento nový stav hmoty, sú mnohé, niektoré naozaj úžasné. Medzi súčasnými alebo vyvíjajúcimi sa najzaujímavejšími aplikáciami kondenzátov Bose-Einstein sú:
- Jeho použitie spolu s atómovými lasermi vytvára vysoko presné nanoštruktúry.
- Detekcia intenzity gravitačného poľa.
- Výroba atómových hodín presnejšie a stabilnejšie ako tie, ktoré v súčasnosti existujú.
- Simulácie v malom meradle na štúdium určitých kozmologických javov.
- Aplikácie superfluidity a supravodivosti.
- Aplikácie odvodené z javu známeho ako pomalé svetlo alebo pomalé svetlo; napríklad v teleportácii alebo v sľubnom poli kvantovej výpočtovej techniky.
- Prehlbovanie vedomostí o kvantovej mechanike, vykonávanie zložitejších a nelineárnych experimentov, ako aj overovanie niektorých nedávno formulovaných teórií. Kondenzáty ponúkajú možnosť obnoviť v laboratóriách javy, ktoré sa stávajú svetelnými rokmi.
Ako vidíte, kondenzáty Bose-Einstein sa dajú použiť nielen na vývoj nových techník, ale aj na zdokonalenie niektorých techník, ktoré už existujú.
Nie nadarmo ponúkajú veľkú presnosť a spoľahlivosť, čo je možné vďaka ich fázovej koherencii v atómovom poli, čo uľahčuje veľkú kontrolu času a vzdialeností.
Bose-Einsteinove kondenzáty by sa preto mohli stať revolučnými ako samotný laser, pretože majú mnoho spoločných vlastností. Veľký problém však spočíva v tom, že teplota sa vytvára pri týchto kondenzátoch.
Ťažkosti teda spočívajú v tom, aké zložité je ich získanie a v ich nákladnej údržbe. Preto sa väčšina úsilia v súčasnosti zameriava najmä na jej aplikáciu na základný výskum.
Kondenzovaná Bose-Einsteinova a kvantová fyzika
Preukázanie existencie Bose-Einsteinových kondenzátov ponúka nový a dôležitý nástroj na štúdium nových fyzikálnych javov vo veľmi rôznorodých oblastiach..
Niet pochýb o tom, že jeho koherencia na makroskopickej úrovni uľahčuje štúdium, porozumenie a demonštráciu zákonov kvantovej fyziky..
Skutočnosť, že na dosiahnutie tohto stavu sú potrebné teploty blízke absolútnej nule, je však vážnym problémom, aby sme z jeho neuveriteľných vlastností získali čo najviac..
referencie
- Kondenzát Bose-Einstein (n.d.). Vo Wikipédii. Získané dňa 6. apríla 2018 zo stránky es.wikipedia.org.
- Bose-Einsteinov kondenzát. (n.d.) Vo Wikipédii. Získané dňa 6. apríla 2018, z en.wikipedia.org.
- Eric Cornell a Carl Wieman (1998). Kondenzovaný Bose-Einstein, "Výskum a veda".
- A. Cornell a C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein condenste". Vedecký Američan.
- Bosón (n.d.). Vo Wikipédii. Získané dňa 6. apríla 2018 zo stránky es.wikipedia.org.
- Boson (n.d.). Vo Wikipédii. Získané dňa 6. apríla 2018, z en.wikipedia.org.