خصائص مكثف بوز آينشتاين

تنبأ ألبرت أينشتاين لأول مرة بأن مكثفات بوز-آينشتاين تمثل ترتيبًا غريبًا للذرات لم يتم التحقق منه في المختبرات حتى عام 1995. هذه المكثفات عبارة عن غازات متماسكة ، يتم إنشاؤها في درجات حرارة أبرد مما يمكن العثور عليه في أي مكان في الطبيعة. داخل هذه المكثفات ، تفقد الذرات هوياتها الفردية وتندمج لتشكل ما يشار إليه أحيانًا باسم "الذرة الفائقة".

في عام 1924 ، كان ساتيندرا ناث بوس يدرس فكرة أن سافر الضوء في حزم صغيرة ، تعرف الآن بالفوتونات. حدد قواعد معينة لسلوكهم وأرسلهم إلى ألبرت أينشتاين. في عام 1925 ، تنبأ أينشتاين أن هذه القواعد نفسها ستنطبق على الذرات لأنها كانت أيضًا بوزونات ، ولها عدد صحيح مغزلي. وضع أينشتاين نظريته واكتشف أنه في جميع درجات الحرارة تقريبًا ، لن يكون هناك اختلاف بسيط. ومع ذلك ، فقد وجد أنه في درجات الحرارة شديدة البرودة يجب أن يحدث شيء غريب جدًا - مكثف بوز-آينشتاين.

درجة الحرارة هي ببساطة مقياس للحركة الذرية. تتكون العناصر الساخنة من ذرات تتحرك بسرعة ، بينما تتكون العناصر الباردة من ذرات تتحرك ببطء. بينما تختلف سرعة الذرات الفردية ، يظل متوسط ​​سرعة الذرات ثابتًا عند درجة حرارة معينة. عند مناقشة مكثفات بوز-آينشتاين ، من الضروري استخدام مقياس درجة الحرارة المطلق أو مقياس كلفن. الصفر المطلق يساوي -459 درجة فهرنهايت ، وهي درجة الحرارة التي تتوقف عندها كل حركة. ومع ذلك ، تتشكل مكثفات بوز-آينشتاين فقط عند درجات حرارة أقل من 100 مليون درجة فوق الصفر المطلق.

كما تنبأت إحصائيات بوز-آينشتاين ، في درجات حرارة منخفضة للغاية ، توجد معظم الذرات في عينة معينة في نفس المستوى الكمي. مع اقتراب درجات الحرارة من الصفر المطلق ، ينزل المزيد والمزيد من الذرات إلى أدنى مستوى طاقتها. عندما يحدث هذا ، تفقد هذه الذرات هويتها الفردية. تصبح متراكبة فوق بعضها البعض ، وتتحد في فقاعة ذرية واحدة لا يمكن تمييزها ، تُعرف باسم مكثف بوز-آينشتاين. توجد أبرد درجة حرارة موجودة في الطبيعة في الفضاء السحيق ، عند حوالي 3 درجات كلفن. ومع ذلك ، في عام 1995 ، تمكن إريك كورنيل وكارل وايمان من تبريد عينة من 2000 ذرة روبيديوم -87 إلى أقل من 1 مليار من الدرجة فوق الصفر المطلق ، مما ينتج عنه تكاثف بوز-آينشتاين لأول مرة زمن.

عندما تبرد الذرات ، فإنها تتصرف مثل الموجات وأقل تشابهًا بالجسيمات. عندما تبرد بدرجة كافية ، تتوسع موجاتها وتبدأ في التداخل. هذا مشابه لتكثيف البخار على الغطاء عندما يغلي. يتجمع الماء معًا لتكوين قطرة ماء أو متكثف. يحدث الشيء نفسه مع الذرات ، فقط موجاتها هي التي تندمج معًا. تتشابه مكثفات بوز-آينشتاين مع ضوء الليزر. ومع ذلك ، فبدلاً من أن تتصرف الفوتونات بطريقة موحدة ، فإن الذرات هي التي توجد في اتحاد كامل. مثل قطرة ماء تتكثف ، تندمج الذرات منخفضة الطاقة معًا لتشكل كتلة كثيفة لا يمكن تمييزها. اعتبارًا من عام 2011 ، بدأ العلماء للتو في دراسة الخصائص غير المعروفة لمكثفات بوز-آينشتاين. تمامًا كما هو الحال مع الليزر ، سيكتشف العلماء بلا شك العديد من الاستخدامات التي ستفيد العلم والإنسانية.