Prvo što je predvidio Albert Einstein, Bose-Einsteinovi kondenzati predstavljaju čudan raspored atoma koji u laboratorijima nije verificiran do 1995. Ovi kondenzati su koherentni plinovi, stvoreni na temperaturama hladnijim nego što se mogu naći bilo gdje u prirodi. Unutar tih kondenzata atomi gube svoj individualni identitet i stapaju se formirajući ono što se ponekad naziva "super atomom".
Bose-Einsteinova teorija kondenzata
1924. Satyendra Nath Bose proučavao je ideju da svjetlost putovala u malenim paketićima, danas poznatim kao fotoni. Definirao je određena pravila za njihovo ponašanje i poslao ih Albertu Einsteinu. 1925. Einstein je predvidio da će se ta ista pravila primjenjivati na atome jer su i oni bili bozoni koji imaju cjelobrojni spin. Einstein je razradio svoju teoriju i otkrio da će na gotovo svim temperaturama biti malo razlike. Međutim, otkrio je da bi se na ekstremno hladnim temperaturama trebalo dogoditi nešto vrlo čudno - Bose-Einsteinov kondenzat.
Bose-Einsteinova temperatura kondenzata
Temperatura je jednostavno mjera atomskog gibanja. Vrući predmeti sastoje se od atoma koji se brzo kreću, dok se hladni predmeti sastoje od atoma koji se sporo kreću. Dok brzina pojedinih atoma varira, prosječna brzina atoma ostaje konstantna pri određenoj temperaturi. Kad se raspravlja o Bose-Einsteinovim kondenzatima, potrebno je koristiti apsolutnu, ili Kelvinu, temperaturnu ljestvicu. Apsolutna nula jednaka je -459 stupnjeva Fahrenheita, temperaturi na kojoj prestaje svako kretanje. Međutim, Bose-Einsteinovi kondenzati nastaju samo na temperaturama manjim od 100 milijuntog stupnja iznad Apsolutne nule.
Stvaranje Bose-Einsteinovih kondenzata
Kao što predviđa Bose-Einsteinova statistika, na vrlo niskim temperaturama većina atoma u danom uzorku postoji na istoj kvantnoj razini. Kako se temperature približavaju Apsolutnoj nuli, sve se više atoma spušta na najnižu razinu energije. Kada se to dogodi, ti atomi gube svoj individualni identitet. Postaju jedna preko druge, stapajući se u jedan nerazlučivi atomski blob, poznat kao Bose-Einsteinov kondenzat. Najhladnija temperatura koja postoji u prirodi nalazi se u dubokom svemiru, oko 3 stupnja Kelvina. Međutim, 1995. Eric Cornell i Carl Wieman uspjeli su ohladiti uzorak od 2000 atoma Rubidija-87 na manje od 1 milijarde stupnjeva iznad apsolutne nule, stvarajući Bose-Einsteinov kondenzat za prvi vrijeme.
Svojstva kondenzata Bose-Einsteina
Kako se atomi hlade, ponašaju se više poput valova, a manje poput čestica. Kad se dovoljno ohlade, njihovi se valovi šire i počinju se preklapati. To je slično kondenzaciji pare na poklopcu kada se kuha. Voda se skuplja i stvara kap vode ili kondenzat. Isto se događa s atomima, samo što se njihovi valovi spajaju zajedno. Bose-Einsteinovi kondenzati slični su laserskom svjetlu. Međutim, umjesto da se fotoni ponašaju jednoliko, atomi su ti koji postoje u savršenom sjedinjenju. Poput kapljice vode koja se kondenzira, niskoenergijski atomi stapaju se zajedno stvarajući gustu, nerazlučivu grudu. Od 2011. godine znanstvenici tek počinju proučavati nepoznata svojstva Bose-Einsteinovih kondenzata. Baš kao i kod lasera, i znanstvenici će za njih nesumnjivo otkriti mnoge načine upotrebe koji će koristiti nauci i čovječanstvu.
