Ιδιότητες του συμπυκνώματος Bose Einstein

Πρώτα προβλεπόμενη από τον Albert Einstein, τα συμπυκνώματα Bose-Einstein αντιπροσωπεύουν μια παράξενη διάταξη ατόμων που δεν επαληθεύτηκε στα εργαστήρια μέχρι το 1995. Αυτά τα συμπυκνώματα είναι συνεκτικά αέρια, που δημιουργούνται σε θερμοκρασίες που είναι πιο κρύες από αυτές που μπορούν να βρεθούν οπουδήποτε στη φύση. Μέσα σε αυτά τα συμπυκνώματα, τα άτομα χάνουν τις ατομικές τους ταυτότητες και συγχωνεύονται για να σχηματίσουν αυτό που μερικές φορές αναφέρεται ως «σούπερ άτομο».

Το 1924, ο Satyendra Nath Bose μελετούσε την ιδέα ότι το φως ταξίδεψε σε μικροσκοπικά πακέτα, γνωστά τώρα ως φωτόνια. Ορίζει ορισμένους κανόνες για τη συμπεριφορά τους και τους έστειλε στον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Το 1925, ο Αϊνστάιν προέβλεψε ότι αυτοί οι ίδιοι κανόνες θα ισχύουν για τα άτομα, επειδή ήταν επίσης μποζόνια, με ακέραιο γύρισμα. Ο Αϊνστάιν επεξεργάστηκε τη θεωρία του και ανακάλυψε ότι σε όλες σχεδόν τις θερμοκρασίες, θα υπήρχε μικρή διαφορά. Ωστόσο, διαπίστωσε ότι σε εξαιρετικά κρύες θερμοκρασίες κάτι πολύ παράξενο πρέπει να συμβεί - το συμπύκνωμα Bose-Einstein.

Η θερμοκρασία είναι απλά ένα μέτρο ατομικής κίνησης. Τα καυτά αντικείμενα αποτελούνται από άτομα που κινούνται γρήγορα, ενώ τα ψυχρά είδη αποτελούνται από άτομα που κινούνται αργά. Ενώ η ταχύτητα των μεμονωμένων ατόμων ποικίλλει, η μέση ταχύτητα των ατόμων παραμένει σταθερή σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Κατά τη συζήτηση των συμπυκνωμάτων Bose-Einstein, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε την κλίμακα θερμοκρασίας Absolute ή Kelvin. Το απόλυτο μηδέν ισούται με -459 βαθμούς Φαρενάιτ, τη θερμοκρασία στην οποία σταματά όλη η κίνηση. Ωστόσο, το συμπύκνωμα Bose-Einstein σχηματίζεται μόνο σε θερμοκρασίες κάτω των 100 εκατομμυρίων βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Όπως προβλέπεται από τα στατιστικά στοιχεία του Bose-Einstein, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, τα περισσότερα άτομα σε ένα δεδομένο δείγμα υπάρχουν στο ίδιο κβαντικό επίπεδο. Καθώς οι θερμοκρασίες πλησιάζουν το Απόλυτο μηδέν, όλο και περισσότερα άτομα κατεβαίνουν στο χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας. Όταν συμβεί αυτό, αυτά τα άτομα χάνουν την ατομική τους ταυτότητα. Γίνονται υπέρθετα το ένα πάνω στο άλλο, ενώνονται σε ένα αδιάκριτο ατομικό blob, γνωστό ως συμπύκνωμα Bose-Einstein. Η ψυχρότερη θερμοκρασία που υπάρχει στη φύση βρίσκεται στο βαθύ διάστημα, στους 3 βαθμούς Κέλβιν. Ωστόσο, το 1995, οι Eric Cornell και Carl Wieman κατάφεραν να ψύξουν ένα δείγμα 2.000 ατόμων Rubidium-87 σε λιγότερο από 1 δισεκατομμύριο βαθμού πάνω από το Απόλυτο μηδέν, δημιουργώντας ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein για το πρώτο χρόνος.

Καθώς τα άτομα κρυώνουν, συμπεριφέρονται περισσότερο σαν κύματα και λιγότερο σαν σωματίδια. Όταν κρυώσουν αρκετά, τα κύματά τους επεκτείνονται και αρχίζουν να αλληλεπικαλύπτονται. Αυτό είναι παρόμοιο με τη συμπύκνωση ατμού σε ένα καπάκι όταν βράζεται. Το νερό συσσωρεύεται μαζί για να σχηματίσει μια σταγόνα νερού ή συμπύκνωμα. Το ίδιο συμβαίνει με τα άτομα, μόνο τα κύματά τους συγχωνεύονται. Τα συμπυκνώματα Bose-Einstein είναι παρόμοια με το φως λέιζερ. Ωστόσο, αντί των φωτονίων να συμπεριφέρονται ομοιόμορφα, είναι τα άτομα που υπάρχουν σε τέλεια ένωση. Όπως μια σταγόνα συμπύκνωσης νερού, τα άτομα χαμηλής ενέργειας συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα πυκνό, αδιάκριτο κομμάτι. Από το 2011, οι επιστήμονες μόλις αρχίζουν να μελετούν τις άγνωστες ιδιότητες των συμπυκνωμάτων Bose-Einstein. Όπως και με το λέιζερ, οι επιστήμονες θα ανακαλύψουν αναμφίβολα πολλές χρήσεις για αυτούς που θα ωφελήσουν την επιστήμη και την ανθρωπότητα.