Alun perin Albert Einstein ennusti, että Bose-Einstein-kondensaatit edustavat outoa atomijärjestelyä, jota ei ole todennettu laboratorioissa vasta vuonna 1995. Nämä kondensaatit ovat koherentteja kaasuja, jotka syntyvät kylmemmissä lämpötiloissa kuin missään luonnossa. Näissä lauhteissa atomit menettävät yksilöllisen identiteettinsä ja sulautuvat muodostaakseen toisinaan "superatomiksi" kutsutun.
Bose-Einstein kondensaattiteoria
Vuonna 1924 Satyendra Nath Bose tutki sitä valo kulki pienissä paketeissa, joita nykyään kutsutaan fotoneiksi. Hän määritteli tietyt säännöt heidän käyttäytymiselleen ja lähetti ne Albert Einsteinille. Vuonna 1925 Einstein ennusti, että näitä samoja sääntöjä sovellettaisiin atomeihin, koska ne olivat myös bosoneja, joilla oli kokonaisluku. Einstein laati teoriansa ja huomasi, että melkein kaikissa lämpötiloissa ero olisi pieni. Hän havaitsi kuitenkin, että äärimmäisen kylmissä lämpötiloissa pitäisi tapahtua jotain hyvin outoa - Bose-Einstein-kondensaatti.
Bose-Einstein-lauhteen lämpötila
Lämpötila on yksinkertaisesti atomiliikkeen mitta. Kuumat esineet koostuvat nopeasti liikkuvista atomeista, kun taas kylmät tuotteet koostuvat hitaasti liikkuvista atomeista. Vaikka yksittäisten atomien nopeus vaihtelee, atomien keskinopeus pysyy vakiona tietyssä lämpötilassa. Kun keskustellaan Bose-Einstein-kondensaateista, on välttämätöntä käyttää Absolute- tai Kelvin-lämpötila-asteikkoa. Absoluuttinen nolla on yhtä suuri kuin -459 Fahrenheit-astetta, lämpötila, jossa kaikki liikkeet loppuvat. Bose-Einstein-kondensaatteja muodostuu kuitenkin vain alle 100 miljoonasosan astetta absoluuttisen nollan yläpuolella olevissa lämpötiloissa.
Bose-Einstein-kondensaattien muodostaminen
Kuten Bose-Einstein-tilastot ennustivat, hyvin alhaisissa lämpötiloissa useimmat tietyssä näytteessä olevat atomit ovat samalla kvanttitasolla. Lämpötilojen lähestyessä absoluuttista nollaa yhä useampi atomi laskeutuu alimmalle energiatasolleen. Kun näin tapahtuu, nämä atomit menettävät yksilöllisen identiteettinsä. Ne asettuvat päällekkäin toisiinsa, sulautuvat yhdeksi erottamattomaksi atomikappaleeksi, joka tunnetaan nimellä Bose-Einstein-kondensaatti. Kylmin lämpötila luonnossa on syvällä avaruudessa, noin 3 Kelvin-astetta. Kuitenkin vuonna 1995 Eric Cornell ja Carl Wieman pystyivät jäähdyttämään 2000 Rubidium-87-atomia sisältävän näytteen alle miljardi astetta absoluuttisen nollan yläpuolella, mikä tuottaa Bose-Einstein-kondensaatin ensimmäisille aika.
Bose-Einstein kondensaattiominaisuudet
Kun atomit jäähtyvät, ne käyttäytyvät enemmän kuin aallot ja vähemmän kuin hiukkaset. Riittävästi jäähdytettynä niiden aallot laajenevat ja alkavat olla päällekkäisiä. Tämä on samanlainen kuin kannessa kondensoituva höyry, kun sitä keitetään. Vesi sulautuu yhteen muodostaen pisaran vettä tai kondensaattia. Sama tapahtuu atomien kohdalla, vain niiden aallot sulautuvat yhteen. Bose-Einstein-kondensaatit ovat samanlaisia kuin laservalo. Kuitenkin sen sijaan, että fotonit käyttäytyisivät yhtenäisesti, atomit ovat olemassa täydellisessä liitossa. Kuten pisara kondensoituvaa vettä, matalan energian atomit sulautuvat yhteen muodostaen tiheän, erottamattoman kyhmyn. Vuodesta 2011 tutkijat ovat vasta alkaneet tutkia Bose-Einstein-kondensaattien tuntemattomia ominaisuuksia. Aivan kuten laserilla, tutkijat epäilemättä löytävät niille monia käyttötapoja, joista on hyötyä tiede ja ihmiskunta.