Свойства на кондензата на Бозе Айнщайн

За първи път предсказани от Алберт Айнщайн, кондензатите на Бозе-Айнщайн представляват странно подреждане на атомите, което не е проверено в лабораториите до 1995 г. Тези кондензати са кохерентни газове, създадени при температури, които са по-студени, отколкото могат да бъдат намерени навсякъде в природата. В рамките на тези кондензати атомите губят своята индивидуална идентичност и се сливат, образувайки нещо, което понякога се нарича „супер атом“.

През 1924 г. Сатиендра Нат Бозе изучава идеята, че пропътувана светлина в малки пакетчета, сега известни като фотони. Той определи определени правила за поведението им и ги изпрати на Алберт Айнщайн. През 1925 г. Айнщайн прогнозира, че същите тези правила ще се прилагат и за атомите, тъй като те също са бозони, имащи цяло число спин. Айнщайн разработва теорията си и открива, че при почти всички температури няма да има малка разлика. Той обаче установява, че при изключително ниски температури трябва да се случи нещо много странно - кондензатът на Бозе-Айнщайн.

Температурата е просто мярка за атомно движение. Горещите предмети се състоят от атоми, които се движат бързо, докато студените елементи се състоят от атоми, които се движат бавно. Докато скоростта на отделните атоми варира, средната скорост на атомите остава постоянна при дадена температура. Когато се обсъждат кондензатите на Бозе-Айнщайн, е необходимо да се използва абсолютната или келвинова температурна скала. Абсолютната нула е равна на -459 градуса по Фаренхайт, температурата, при която всяко движение спира. Въпреки това, кондензатите на Бозе-Айнщайн се образуват само при температури под 100 милионна част от градуса над Абсолютната нула.

Както се предсказва от статистиката на Бозе-Айнщайн, при много ниски температури повечето атоми в дадена проба съществуват на същото квантово ниво. С наближаването на температурите до абсолютната нула, все повече атоми се спускат до най-ниското си енергийно ниво. Когато това се случи, тези атоми губят своята индивидуална идентичност. Те се наслагват един върху друг, обединявайки се в един неразличим атомен блок, известен като кондензат на Бозе-Айнщайн. Най-студената температура, която съществува в природата, се намира в дълбокия космос, около 3 градуса по Келвин. През 1995 г. обаче Ерик Корнел и Карл Уиман успяха да охладят проба от 2000 атома Рубидий-87 до по-малко от 1 милиардна част от градуса над Абсолютната нула, генерирайки кондензат на Бозе-Айнщайн за първия време.

Когато атомите се охлаждат, те се държат повече като вълни и по-малко като частици. Когато се охладят достатъчно, техните вълни се разширяват и започват да се припокриват. Това е подобно на кондензацията на пара върху капак, когато се вари. Водата се натрупва заедно, за да образува капка вода или кондензат. Същото се случва и с атомите, само че техните вълни се сливат заедно. Кондензатите на Бозе-Айнщайн са подобни на лазерната светлина. Въпреки това, вместо фотоните да се държат еднообразно, атомите са тези, които съществуват в перфектен съюз. Подобно на капка кондензираща вода, нискоенергийните атоми се сливат заедно, образувайки плътна, неразличима бучка. Към 2011 г. учените тепърва започват да изследват неизвестните свойства на кондензатите на Бозе-Айнщайн. Точно както с лазера, учените несъмнено ще открият много приложения за тях, които ще бъдат от полза за науката и човечеството.