Egenskaber ved Bose Einstein kondensat

Først forudsagt af Albert Einstein, repræsenterer Bose-Einstein kondensater et mærkeligt arrangement af atomer, der først blev verificeret i laboratorier indtil 1995. Disse kondensater er sammenhængende gasser, der dannes ved temperaturer, der er koldere, end der findes nogen steder i naturen. Inden for disse kondensater mister atomer deres individuelle identiteter og smelter sammen for at danne det, der undertiden omtales som et ”superatom”.

I 1924 studerede Satyendra Nath Bose tanken om, at lys rejste i små pakker, nu kendt som fotoner. Han definerede visse regler for deres adfærd og sendte dem til Albert Einstein. I 1925 forudsagde Einstein, at de samme regler ville gælde for atomer, fordi de også var bosoner, der havde et heltal spin. Einstein udarbejdede sin teori og opdagede, at der ved næsten alle temperaturer ville være lille forskel. Imidlertid fandt han, at der ved ekstremt kolde temperaturer skulle forekomme noget meget mærkeligt - Bose-Einstein-kondensatet.

Temperatur er simpelthen et mål for atombevægelse. Varme genstande består af atomer, der bevæger sig hurtigt, mens kolde genstande består af atomer, der bevæger sig langsomt. Mens hastigheden på individuelle atomer varierer, forbliver atomernes gennemsnitshastighed konstant ved en given temperatur. Når vi diskuterer Bose-Einstein-kondensater, er det nødvendigt at bruge den absolutte eller Kelvin temperaturskala. Absolut nul er lig med -459 grader Fahrenheit, den temperatur, hvor al bevægelse ophører. Imidlertid dannes Bose-Einstein-kondensater kun ved temperaturer mindre end 100 milliontedel af en grad over absolut nul.

Som forudsagt af Bose-Einstein-statistikker, ved meget lave temperaturer, findes de fleste atomer i en given prøve på det samme kvanteniveau. Når temperaturerne nærmer sig absolut nul, falder flere og flere atomer ned til deres laveste energiniveau. Når dette sker, mister disse atomer deres individuelle identitet. De bliver overlejret over hinanden og smelter sammen til en ikke-skelnet atomblob, kendt som et Bose-Einstein-kondensat. Den koldeste temperatur, der findes i naturen, findes i det dybe rum omkring 3 grader Kelvin. Men i 1995 var Eric Cornell og Carl Wieman i stand til at afkøle en prøve på 2.000 Rubidium-87 atomer til mindre end 1 milliardedel af en grad over absolut nul, hvilket genererer et Bose-Einstein-kondensat for det første tid.

Når atomer afkøles, opfører de sig mere som bølger og mindre som partikler. Når de er kølet nok udvides deres bølger og begynder at overlappe hinanden. Dette svarer til dampkondensering på et låg, når det koges. Vandet klumper sammen for at danne en dråbe vand eller kondensat. Det samme sker med atomer, kun det er deres bølger, der smelter sammen. Bose-Einstein kondensater ligner laserlys. Men i stedet for at fotoner opfører sig ensartet, er det atomerne, der findes i perfekt forening. Som en dråbe vand, der kondenserer, smelter atomenergi-atomerne sammen for at danne en tæt, uadskillelig klump. Fra og med 2011 er forskere lige begyndt at undersøge de ukendte egenskaber ved Bose-Einstein-kondensater. Ligesom med laseren vil forskere utvivlsomt opdage mange anvendelser til dem, der vil gavne videnskab og menneskehed.