Esmakordselt Albert Einsteini ennustatud Bose-Einsteini kondensaadid kujutavad endast kummalist aatomite paigutust, mida laborites kontrolliti alles 1995. aastal. Need kondensaadid on koherentsed gaasid, mis tekivad temperatuuridel, mis on külmemad kui looduses leidub. Nendes kondensaatides kaotavad aatomid oma individuaalse identiteedi ja ühinevad, moodustades seda, mida mõnikord nimetatakse "superaatomiks".
Bose-Einsteini kondensaadi teooria
1924. aastal uuris Satyendra Nath Bose ideed valgus rändas pisikestes pakendites, mida nüüd nimetatakse footoniteks. Ta määratles teatud käitumisreeglid ja saatis need Albert Einsteinile. Aastal 1925 ennustas Einstein, et samad reeglid kehtivad ka aatomite suhtes, kuna need olid ka bosonid, millel oli täisarv. Einstein töötas välja oma teooria ja avastas, et peaaegu kõigil temperatuuridel pole vahet vähe. Siiski leidis ta, et äärmiselt külmadel temperatuuridel peaks juhtuma midagi väga kummalist - Bose-Einsteini kondensaat.
Bose-Einsteini kondensaadi temperatuur
Temperatuur on lihtsalt aatomi liikumise mõõt. Kuumad esemed koosnevad kiiresti liikuvatest aatomitest, külmad aga aeglaselt liikuvatest aatomitest. Kui üksikute aatomite kiirus varieerub, jääb aatomite keskmine kiirus antud temperatuuril konstantseks. Bose-Einsteini kondensaatide üle arutlemisel on vaja kasutada Absolute'i ehk Kelvini temperatuuriskaala. Absoluutne null on võrdne -459 Fahrenheiti kraadiga, temperatuuriga, mille juures kogu liikumine lakkab. Bose-Einsteini kondensaadid tekivad aga ainult temperatuuril, mis on alla 100 miljoni kraadi kraadi absoluutsest nullist kõrgem.
Bose-Einsteini kondensaatide moodustamine
Nagu Bose-Einsteini statistika ennustas, eksisteerib väga madalatel temperatuuridel enamus antud valimi aatomeid samal kvanttasemel. Kui temperatuurid lähenevad absoluutsele nullile, laskub üha rohkem aatomeid madalaimale energiatasemele. Kui see juhtub, kaotavad need aatomid oma individuaalse identiteedi. Need asetsevad üksteise kohal, sulanduvad üheks eristamatuks aatommeks, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks. Kõige külmem temperatuur, mis looduses eksisteerib, on sügavas kosmoses, umbes 3 Kelvini kraadi. Kuid 1995. aastal suutsid Eric Cornell ja Carl Wieman jahutada 2000 rubiidium-87 aatomiga proovi vähem kui 1 miljardik kraadi absoluutsest nullist, tekitades esimese Bose-Einsteini kondensaadi aeg.
Bose-Einsteini kondensaadi omadused
Aatomite jahtudes käituvad nad pigem lainetena ja vähem osakestena. Piisavalt jahtununa laienevad nende lained ja hakkavad kattuma. See sarnaneb auru kondenseerumisega kaanel, kui see keedetakse. Vesi koguneb kokku, moodustades veetilga ehk kondensaadi. Sama juhtub ka aatomitega, ainult nende lained ühinevad. Bose-Einsteini kondensaadid sarnanevad laservalgusega. Ent ühetaoliselt käituvate footonite asemel eksisteerivad ideaalses ühenduses aatomid. Nagu kondenseeruv veetilk, sulanduvad madala energiaga aatomid kokku, moodustades tiheda, eristamatu tükikese. Alates 2011. aastast hakkavad teadlased alles uurima Bose-Einsteini kondensaatide tundmatuid omadusi. Nii nagu laseri puhul, avastavad teadlased kahtlemata nende jaoks palju kasutusviise, mis toovad kasu teadusele ja inimkonnale.