כפי שעליו ניבא לראשונה אלברט איינשטיין, עיבוי בוז-איינשטיין מייצג סידור מוזר של אטומים שלא אומת במעבדות עד 1995. מעבים אלה הם גזים קוהרנטיים, הנוצרים בטמפרטורות קרות יותר ממה שניתן למצוא בשום מקום בטבע. בתוך המעבים הללו, אטומים מאבדים את זהותם האישית ומתמזגים ויוצרים מה שמכונה לעיתים "אטום-על".
תורת העיבוי של בוס-איינשטיין
בשנת 1924, סטינדרה נת 'בוס בחנה את הרעיון ש אור נסע בחבילות זעירות, המכונות כיום פוטונים. הוא הגדיר כללים מסוימים להתנהגותם ושלח אותם לאלברט איינשטיין. בשנת 1925, איינשטיין חזה כי אותם כללים יחולו על אטומים מכיוון שהם גם בוזונים, בעלי ספין שלם. איינשטיין עיבד את התיאוריה שלו וגילה שכמעט בכל הטמפרטורות לא יהיה הבדל קטן. עם זאת, הוא מצא שבטמפרטורות קרות במיוחד צריך להתרחש משהו מוזר מאוד - הקונדנסט של בוס-איינשטיין.
טמפרטורת עיבוי של Bose-Einstein
טמפרטורה היא פשוט מדד לתנועה אטומית. פריטים חמים מורכבים מאטומים הנעים במהירות, ואילו פריטים קרים מורכבים מאטומים הנעים לאט. בעוד שמהירות האטומים האישיים משתנה, המהירות הממוצעת של האטומים נשארת קבועה בטמפרטורה נתונה. כאשר דנים בעיבוי של בוס-איינשטיין, יש להשתמש בסולם הטמפרטורה המוחלט, או קלווין. אפס מוחלט שווה ל -459 מעלות פרנהייט, הטמפרטורה בה כל התנועה נפסקת. עם זאת, מעבים של בוס-איינשטיין נוצרים רק בטמפרטורות הנמוכות ממאה מיליון מעלות מעל האפס המוחלט.
יצירת עיבוי בוס-איינשטיין
כפי שחוזה הסטטיסטיקה של Bose-Einstein, בטמפרטורות נמוכות מאוד, רוב האטומים במדגם נתון קיימים באותה רמה קוונטית. ככל שהטמפרטורות מתקרבות לאפס מוחלט, יותר ויותר אטומים יורדים לרמת האנרגיה הנמוכה ביותר שלהם. כאשר זה קורה, אטומים אלה מאבדים את זהותם האישית. הם הופכים זה על גבי זה ומתאחדים לכדי אטום אחד שלא ניתן להבחין בהם, המכונה מעבה של בוס-איינשטיין. הטמפרטורה הקרה ביותר שקיימת בטבע נמצאת בחלל העמוק, סביב 3 מעלות קלווין. עם זאת, בשנת 1995 הצליחו אריק קורנל וקרל ווימן לקרר מדגם של 2,000 אטומי רובידיום -87 פחות ממיליארד תואר מעל האפס המוחלט, ויוצר לראשונה קונדנסט של בוס-איינשטיין זְמַן.
מאפייני עיבוי של Bose-Einstein
ככל שהאטומים מתקררים, הם מתנהגים יותר כמו גלים ופחות כמו חלקיקים. כשהם מקוררים מספיק, הגלים שלהם מתרחבים ומתחילים לחפוף. זה דומה להתעבות אדים על מכסה כשהוא מבושל. המים מתקבצים יחד ליצירת טיפת מים, או מעובה. אותו דבר מתרחש באטומים, רק שגליהם מתמזגים יחד. הקונדנסטים של Bose-Einstein דומים לאור הלייזר. עם זאת, במקום שפוטונים יתנהגו בצורה אחידה, האטומים הם שקיימים באיחוד מושלם. כמו טיפת מים שמתעבה, האטומים בעלי האנרגיה הנמוכה מתמזגים יחד ויוצרים גוש צפוף ולא ניתן להבחין בו. החל משנת 2011, מדענים רק מתחילים לחקור את המאפיינים הלא ידועים של עיבוי בוס-איינשטיין. בדיוק כמו בלייזר, מדענים ללא ספק יגלו עבורם שימושים רבים שיועילו למדע ולאנושות.