Vlastnosti kondenzátu Bose Einstein

Kondenzáty Bose-Einstein, které poprvé předpověděl Albert Einstein, představují podivné uspořádání atomů, které nebylo v laboratořích ověřeno až do roku 1995. Tyto kondenzáty jsou koherentní plyny vytvářené při teplotách, které jsou chladnější, než jaké lze najít kdekoli v přírodě. V těchto kondenzátech atomy ztrácejí svou individuální identitu a spojují se, aby vytvořily to, co se někdy označuje jako „super atom“.

V roce 1924 tuto myšlenku studovala Satyendra Nath Bose světlo cestovalo v malých balíčcích, nyní známých jako fotony. Definoval určitá pravidla pro jejich chování a poslal je Albertovi Einsteinovi. V roce 1925 Einstein předpovídal, že stejná pravidla budou platit pro atomy, protože to byly také bosony s celočíselným spinem. Einstein vypracoval svou teorii a zjistil, že téměř při všech teplotách bude malý rozdíl. Zjistil však, že za extrémně nízkých teplot by se mělo stát něco velmi zvláštního - Bose-Einsteinův kondenzát.

Teplota je jednoduše měřítkem atomového pohybu. Horké položky se skládají z atomů, které se pohybují rychle, zatímco studené položky se skládají z atomů, které se pohybují pomalu. Zatímco rychlost jednotlivých atomů se mění, průměrná rychlost atomů zůstává při dané teplotě konstantní. Při diskusi o Bose-Einsteinových kondenzátech je nutné použít absolutní nebo Kelvinovu teplotní stupnici. Absolutní nula se rovná -459 stupňů Fahrenheita, což je teplota, při které veškerý pohyb končí. Bose-Einsteinovy ​​kondenzáty se však tvoří pouze při teplotách nižších než 100 miliónů stupňů nad absolutní nulou.

Jak předpovídají Bose-Einsteinovy ​​statistiky, při velmi nízkých teplotách existuje většina atomů v daném vzorku ve stejné kvantové úrovni. Jak se teploty blíží absolutní nule, stále více atomů klesá na svou nejnižší energetickou hladinu. Když k tomu dojde, ztratí tyto atomy svou individuální identitu. Stávají se navzájem nad sebou a spojují se v jeden nerozeznatelný atomový blob, známý jako Bose-Einsteinův kondenzát. Nejchladnější teplota, která v přírodě existuje, se nachází v hlubokém vesmíru kolem 3 stupňů Kelvina. V roce 1995 však Eric Cornell a Carl Wieman dokázali ochladit vzorek 2 000 atomů rubidia na 87 méně než 1 miliardtina stupně nad absolutní nulou, generuje Bose-Einsteinův kondenzát pro první čas.

Když se atomy ochladí, chovají se spíše jako vlny a méně jako částice. Když jsou dostatečně ochlazeny, jejich vlny se rozšiřují a začínají se překrývat. Je to podobné jako kondenzace páry na víku při jeho vaření. Voda se shlukuje a vytváří kapku vody nebo kondenzátu. Totéž se děje s atomy, pouze jejich vlny se spojují. Kondenzáty Bose-Einstein jsou podobné laserovému světlu. Avšak místo toho, aby se fotony chovaly jednotně, jsou to atomy, které existují v dokonalém spojení. Jako kapka kondenzující vody se nízkoenergetické atomy spojily a vytvořily hustou nerozeznatelnou hrudku. Od roku 2011 vědci teprve začínají studovat neznámé vlastnosti kondenzátů Bose-Einstein. Stejně jako u laseru budou vědci nepochybně objevovat mnoho využití, která budou přínosem pro vědu i lidstvo.