Συγκεντρωμένη προέλευση Bose-Einstein, ιδιότητες και εφαρμογές

Το Συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια κατάσταση της ύλης που εμφανίζεται σε ορισμένα σωματίδια σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Για μεγάλο χρονικό διάστημα θεωρήθηκε ότι οι τρεις πιθανές καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης ήταν στερεές, υγρές και αεριώδεις.

Στη συνέχεια ανακαλύφθηκε η τέταρτη κατάσταση: πλάσμα. και το συμπύκνωμα Bose-Einstein θεωρείται το πέμπτο κράτος. Η χαρακτηριστική ιδιότητα είναι ότι τα σωματίδια του συμπυκνώματος συμπεριφέρονται ως ένα μεγάλο κβαντικό σύστημα αντί να το κάνουν συνήθως (ως ένα σύνολο ατομικών κβαντικών συστημάτων ή ως ομάδα ατόμων).

Με άλλα λόγια, μπορεί να ειπωθεί ότι ολόκληρο το σύνολο των ατόμων που συνθέτουν το συμπύκνωμα Bose-Einstein συμπεριφέρεται σαν να ήταν ένα μόνο άτομο.

Ευρετήριο

• 1 Προέλευση
• 2 Απόκτηση
  • 2.1 Τα μποζόνια
  • 2.2 Όλα τα άτομα είναι το ίδιο άτομο
• 3 Ιδιότητες
• 4 Εφαρμογές
  • 4.1 Συνοπτική Bose-Einstein και κβαντική φυσική
• 5 Αναφορές

Προέλευση

Όπως πολλές από τις πιο πρόσφατες επιστημονικές ανακαλύψεις, η ύπαρξη του συμπυκνώματος θεωρητικά συνάγεται πριν υπάρξουν εμπειρικές αποδείξεις της ύπαρξής του.

Έτσι ήταν Albert Einstein και Satyendra Nath Bose προβλεφθούν θεωρητικά τους οποίους το φαινόμενο αυτό σε κοινή δημοσίευση το 1920 έκαναν αυτό το πρώτο για την περίπτωση των φωτονίων και στη συνέχεια στην υποθετική περίπτωση αέριων άτομα.

Η επίδειξη της πραγματικής ύπαρξής του δεν ήταν δυνατή πριν από μερικές δεκαετίες, όταν ήταν δυνατόν να κρυώσει ένα δείγμα σε θερμοκρασίες αρκετά χαμηλές ώστε να αποδειχθεί ότι αυτό που οι προβλέψεις είχαν αληθεύει ήταν αλήθεια.

Λήψη

Το συμπύκνωμα Bose-Einstein αποκτήθηκε το 1995 από τον Eric Cornell, Wieman και Wolfgang Κέτερλε Carlo ο οποίος, ως εκ τούτου, θα τελικά μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2001.

Για την επίτευξη Bose-Einstein συμπύκνωμα κατέφυγε σε μια σειρά πειραματικών τεχνικών ατομικής φυσικής, με την οποία κατάφερε να φτάσει τη θερμοκρασία 0.00000002 βαθμούς Κέλβιν πάνω από το απόλυτο μηδέν (πολύ χαμηλότερη από την χαμηλότερη θερμοκρασία που παρατηρείται σε εξωτερικό χώρο θερμοκρασίας).

Ο Eric Cornell και ο Carlo Weiman χρησιμοποίησαν αυτές τις τεχνικές σε ένα αραιωμένο αέριο αποτελούμενο από άτομα ρουβιδίου. Από την πλευρά του, ο Wolfgang Ketterle τους έκανε σύντομα αργότερα εφαρμογή σε άτομα νατρίου.

Τα μποζόνια

Το όνομα boson χρησιμοποιείται προς τιμήν του Ινδού γεννημένου φυσικού Satyendra Nath Bose. Στη φυσική των σωματιδίων, θεωρούνται δύο βασικοί τύποι στοιχειωδών σωματιδίων: μποζόνια και ferminions.

Αυτό που καθορίζει αν ένα σωματίδιο είναι ένα μποζόνιο ή ένα φερμιόν είναι το αν η περιστροφή του είναι ακέραιος ή μισός ακέραιος. Τελικά, τα μποζόνια είναι τα σωματίδια που είναι υπεύθυνα για τη μετάδοση των δυνάμεων αλληλεπίδρασης μεταξύ των φερμιόνων.

Μόνο τα σωματίδια του μποζονίου μπορούν να έχουν αυτή την κατάσταση του συμπυκνώματος Bose-Einstein: αν τα σωματίδια που ψύχονται είναι φερμιόνια, αυτό που επιτυγχάνεται ονομάζεται υγρό Fermi..

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μποζόνια, σε αντίθεση με τα φερμιόνια, δεν χρειάζεται να πληρούν την αρχή του Pauli, το οποίο ορίζει ότι δύο πανομοιότυπα σωματίδια δεν μπορεί ταυτόχρονα να είναι στην ίδια κβαντική κατάσταση.

Όλα τα άτομα είναι το ίδιο άτομο

Σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein όλα τα άτομα είναι απολύτως ίσα. Με αυτόν τον τρόπο, τα περισσότερα συμπυκνωμένα άτομα βρίσκονται στο ίδιο κβαντικό επίπεδο, κατεβαίνοντας στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας.

Με την κατανομή αυτής της ίδιας κβαντικής κατάστασης και έχοντας όλη την ίδια (ελάχιστη) ενέργεια, τα άτομα είναι αδιαίρετα και συμπεριφέρονται σαν ένα ενιαίο "superatom".

Ιδιότητες

Το γεγονός ότι όλα τα άτομα που έχουν τις ίδιες ιδιότητες περιλαμβάνει μια σειρά ορισμένων θεωρητικών ιδιότητες: άτομα καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο, σκέδασης φωτός του ίδιου χρώματος και ένα ομογενές μέσο αποτελείται, μεταξύ άλλων χαρακτηριστικών.

Αυτές οι ιδιότητες είναι παρόμοιες με εκείνες του ιδανικού λέιζερ, εκπέμπει ένα συνεκτικό (χωρικά και χρονικά) ομοιόμορφη μονοχρωματικό φως, στην οποία όλα τα κύματα και τα φωτόνια είναι απολύτως ίσα και κινείται προς την ίδια κατεύθυνση, η οποία στην ιδανική περίπτωση δεν διαλυθεί.

Εφαρμογές

Οι δυνατότητες που προσφέρει αυτή η νέα κατάσταση της ύλης είναι πολλές, μερικές πραγματικά εκπληκτικές. Μεταξύ των σημερινών ή των αναπτυσσόμενων, οι πιο ενδιαφέρουσες εφαρμογές των συμπυκνωμάτων Bose-Einstein είναι οι ακόλουθες:

- Η χρήση του μαζί με τα λέιζερ του ατόμου για τη δημιουργία νανο-δομών υψηλής ακρίβειας.

- Ανίχνευση έντασης βαρυτικού πεδίου.

- Κατασκευάζουμε ατομικά ρολόγια πιο ακριβή και σταθερά από αυτά που υπάρχουν σήμερα.

- Προσομοιώσεις, σε μικρή κλίμακα, για τη μελέτη ορισμένων κοσμολογικών φαινομένων.

- Εφαρμογές υπερπληροφόρησης και υπεραγωγιμότητας.

- Εφαρμογές που προέρχονται από το φαινόμενο που είναι γνωστό ως αργό φως ή αργό φως. για παράδειγμα, στην τηλεμεταφορά ή στο πολλά υποσχόμενο πεδίο της κβαντικής πληροφορικής.

- Εμβάθυνση της γνώσης της κβαντικής μηχανικής, διεξαγωγή πιο σύνθετων και μη γραμμικών πειραμάτων, καθώς και επαλήθευση ορισμένων θεωριών που διατυπώθηκαν πρόσφατα. Τα συμπυκνώματα προσφέρουν τη δυνατότητα αναδημιουργίας στα εργαστήρια φαινομένων που συμβαίνουν σε έτη φωτός.

Όπως μπορείτε να δείτε, τα συμπυκνώματα Bose-Einstein μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για την ανάπτυξη νέων τεχνικών αλλά και για την τελειοποίηση ορισμένων τεχνικών που ήδη υπάρχουν.

Όχι μάταια προσφέρουν μεγάλη ακρίβεια και αξιοπιστία, κάτι που είναι δυνατό λόγω της συνεκτικής φάσης τους στο ατομικό πεδίο, γεγονός που διευκολύνει τον μεγάλο έλεγχο του χρόνου και των αποστάσεων.

Επομένως, τα συμπύκνωμα Bose-Einstein θα μπορούσαν να γίνουν τόσο επαναστατικά όσο το ίδιο το λέιζερ, αφού έχουν πολλές κοινές ιδιότητες. Ωστόσο, το μεγάλο πρόβλημα για να συμβεί αυτό έγκειται στη θερμοκρασία στην οποία παράγονται αυτά τα συμπυκνώματα.

Έτσι, η δυσκολία έγκειται τόσο στο πόσο περίπλοκο είναι να τα αποκτήσουν όσο και στην δαπανηρή συντήρησή τους. Ως εκ τούτου, οι περισσότερες προσπάθειες επί του παρόντος επικεντρώνονται κυρίως στην εφαρμογή της στη βασική έρευνα.

Συμπυκνωμένο Bose-Einstein και κβαντική φυσική

Η επίδειξη της ύπαρξης συμπυκνωμάτων Bose-Einstein πρόσφερε ένα νέο και σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη νέων φυσικών φαινομένων σε πολύ διαφορετικές περιοχές.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η συνοχή του σε μακροσκοπικό επίπεδο διευκολύνει τόσο τη μελέτη, κατανόηση και επίδειξη των νόμων της κβαντικής φυσικής.

Ωστόσο, το γεγονός ότι οι θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν είναι απαραίτητες για την επίτευξη αυτής της κατάστασης της ύλης είναι ένα σοβαρό πρόβλημα για να αξιοποιήσουν στο έπακρο τις απίστευτες ιδιότητές τους..

Αναφορές

1. Συμπύκνωμα του Bose-Einstein (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2018 από το es.wikipedia.org.
2. Συμπύκνωμα Bose-Einstein. (n.d.) Στη Wikipedia. Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell και Carl Wieman (1998). Συμπυκνωμένο Bose-Einstein, "Έρευνα και Επιστήμη".
4. Α. Cornell & C. Ε. Wieman (1998). "Το συμπύκνωμα Bose-Einstein". Scientific American.
5. Bosón (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2018 από το es.wikipedia.org.
6. Boson (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 6 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.