Gecondenseerde oorsprong, eigenschappen en toepassingen van Bose-Einstein

de Bose-Einstein-condensaat het is een toestand van materie die voorkomt in bepaalde deeltjes bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Lange tijd werd gedacht dat de enige drie mogelijke aggregatietoestanden van materie vast, vloeibaar en gasvormig waren.

Toen werd de vierde toestand ontdekt: plasma; en het Bose-Einstein-condensaat wordt beschouwd als de vijfde toestand. De kenmerkende eigenschap is dat de condensaatdeeltjes zich gedragen als een groot kwantumsysteem in plaats van zoals ze gewoonlijk doen (als een reeks individuele kwantumsystemen of als een groepering van atomen).

Met andere woorden, er kan worden gezegd dat de hele verzameling atomen die het Bose-Einstein-condensaat vormen zich gedraagt ​​alsof het een enkel atoom is.

index

• 1 Oorsprong
• 2 Verkrijgen
  • 2.1 De bosonen
  • 2.2 Alle atomen zijn hetzelfde atoom
• 3 Eigenschappen
• 4 toepassingen
  • 4.1 Gecondenseerde Bose-Einstein en kwantumfysica
• 5 Referenties

bron

Zoals veel van de meest recente wetenschappelijke ontdekkingen, werd het bestaan ​​van het condensaat theoretisch afgeleid voordat er empirisch bewijs van zijn bestaan ​​bestond.

Zo waren het Albert Einstein en Satyendra Nath Bose die dit fenomeen theoretisch voorspelden in een gezamenlijke publicatie in de jaren 1920. Ze deden dit eerst voor het geval van fotonen en vervolgens voor het geval van hypothetische gasatomen.

De demonstratie van zijn echte bestaan ​​was tot enkele decennia geleden niet mogelijk geweest, toen het mogelijk was een monster af te koelen tot temperaturen die laag genoeg waren om te bewijzen dat wat de verwachte vergelijkingen waar waren.

verkrijgen

Het Bose-Einstein-condensaat werd in 1995 verkregen door Eric Cornell, Carlo Wieman en Wolfgang Ketterle, die hierdoor in 2001 de Nobelprijs voor de natuurkunde deelden.

Om het Bose-Einstein-condensaat te bereiken, gebruikten ze een reeks experimentele technieken in de atomaire fysica, waarmee ze de temperatuur van 0,00000002 graden Kelvin boven het absolute nulpunt (temperatuur veel lager dan de laagste temperatuur in de ruimte) konden bereiken..

Eric Cornell en Carlo Weiman gebruikten deze technieken in een verdund gas bestaande uit rubidium-atomen; Wolfgang Ketterle paste zijnerzijds kort op natriumatomen toe.

De bosonen

De naam boson wordt gebruikt ter ere van de in India geboren natuurkundige Satyendra Nath Bose. In de fysica van deeltjes worden twee basistypen van elementaire deeltjes beschouwd: bosonen en ferminionen.

Wat bepaalt of een deeltje een boson of een fermion is, is of de spin integer of half-integer is. Uiteindelijk zijn bosonen de deeltjes die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen van interactiekrachten tussen fermionen.

Alleen de bosonische deeltjes kunnen deze staat van Bose-Einstein-condensaat hebben: als de deeltjes die worden afgekoeld fermionen zijn, wordt wat wordt bereikt een Fermi-vloeistof genoemd..

Dit komt omdat bosonen, anders dan fermionen, niet hoeven te voldoen aan Pauli's uitsluitingsprincipe, dat stelt dat twee identieke deeltjes niet tegelijkertijd in dezelfde kwantumtoestand kunnen zijn.

Alle atomen zijn hetzelfde atoom

In een Bose-Einstein-condensaat zijn alle atomen absoluut gelijk. Op deze manier bevinden de meeste gecondenseerde atomen zich op hetzelfde quantumniveau, naar het laagste energieniveau dat mogelijk is.

Door deze zelfde kwantumtoestand te delen en dezelfde (minimale) energie te hebben, zijn de atomen niet te onderscheiden en gedragen ze zich als een enkele "superatom".

eigenschappen

Het feit dat alle atomen identieke eigenschappen hebben veronderstelt een reeks bepaalde theoretische eigenschappen: de atomen nemen eenzelfde volume in, verspreiden licht van dezelfde kleur en vormen een homogeen medium, naast andere kenmerken.

Deze eigenschappen komen overeen met die van de ideale laser, die een coherent licht (ruimtelijk en temporeel), uniform, monochroom uitzendt, waarin alle golven en fotonen absoluut gelijk zijn en in dezelfde richting bewegen, dus idealiter niet afvoeren.

toepassingen

De mogelijkheden die deze nieuwe staat van materie biedt, zijn talrijk, sommige echt verbazingwekkend. Onder de huidige of de ontwikkeling, de meest interessante toepassingen van Bose-Einstein condensaten zijn de volgende:

- Het gebruik samen met atoomlasers om zeer nauwkeurige nanostructuren te creëren.

- Detectie van zwaartekrachtveldintensiteit.

- Productie van atoomklokken die nauwkeuriger en stabieler zijn dan de huidige klokken.

- Simulaties, op kleine schaal, voor de studie van bepaalde kosmologische verschijnselen.

- Toepassingen van superfluiditeit en supergeleiding.

- Toepassingen afgeleid van het fenomeen dat bekend staat als langzaam licht of langzaam licht; bijvoorbeeld in teleportatie of op het veelbelovende gebied van quantum computing.

- Het verdiepen van de kennis van de kwantummechanica, het uitvoeren van meer complexe en niet-lineaire experimenten, evenals de verificatie van bepaalde recent geformuleerde theorieën. De condensaten bieden de mogelijkheid om in de laboratoria verschijnselen na te bootsen die lichtjaren overkomen.

Zoals u kunt zien, kunnen de Bose-Einstein-condensaten niet alleen worden gebruikt om nieuwe technieken te ontwikkelen, maar ook om een ​​aantal reeds bestaande technieken te perfectioneren.

Niet voor niets bieden ze grote precisie en betrouwbaarheid, wat mogelijk is vanwege hun fasecoherentie in het atomaire veld, wat een grote controle over tijd en afstanden mogelijk maakt..

Daarom konden de Bose-Einstein-condensaten net zo revolutionair worden als de laser zelf, omdat ze veel eigenschappen gemeen hebben. Het grote probleem om dit te voorkomen ligt echter in de temperatuur waarbij deze condensaten worden geproduceerd.

De moeilijkheid ligt dus zowel in hoe gecompliceerd het is om ze te verkrijgen als in hun dure onderhoud. Daarom concentreren de meeste inspanningen zich momenteel vooral op de toepassing ervan op fundamenteel onderzoek.

Gecondenseerde Bose-Einstein en kwantumfysica

De demonstratie van het bestaan ​​van Bose-Einstein-condensaten heeft een nieuw en belangrijk hulpmiddel geboden voor de studie van nieuwe fysische fenomenen in zeer uiteenlopende gebieden.

Het lijdt geen twijfel dat de coherentie ervan op macroscopisch niveau zowel de studie, het begrip als de demonstratie van de wetten van de kwantumfysica vergemakkelijkt..

Het feit dat temperaturen dicht bij het absolute nulpunt nodig zijn om deze staat van materie te bereiken, is echter een serieus ongemak om het maximale uit zijn ongelooflijke eigenschappen te halen..

referenties

1. Condensaat van Bose-Einstein (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 6 april 2018, van es.wikipedia.org.
2. Bose-Einstein-condensaat. (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 6 april 2018, via en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell en Carl Wieman (1998). Condensed Bose-Einstein, "Onderzoek en Wetenschap".
4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "The Bose-Einstein condenste". Scientific American.
5. Bosón (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 6 april 2018, van es.wikipedia.org.
6. Boson (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 6 april 2018, via en.wikipedia.org.