ボーズ・アインシュタイン凝縮の性質

アルバート・アインシュタインによって最初に予測されたボーズ・アインシュタイン凝縮は、1995年まで実験室で検証されなかった奇妙な原子配列を表しています。 これらのコンデンセートはコヒーレントガスであり、自然界のどこにでも見られるよりも低い温度で生成されます。 これらの凝縮物の中で、原子は個々のアイデンティティを失い、融合して「スーパーアトム」と呼ばれることもあるものを形成します。

1924年、サティエンドラ・ナス・ボースは次のような考えを研究していました。 光が伝わった 現在はフォトンとして知られている小さなパケットで。 彼は彼らの行動について特定の規則を定義し、それらをアルバートアインシュタインに送りました。 1925年、アインシュタインは、これらの同じ規則が原子にも適用されると予測しました。これは、原子が整数のスピンを持つボソンでもあるためです。 アインシュタインは彼の理論を練り上げ、ほとんどすべての温度でほとんど違いがないことを発見しました。 しかし、彼は、極端に低い温度では、非常に奇妙なことが起こるはずであることに気づきました。それは、ボーズ・アインシュタイン凝縮です。

温度は単に原子運動の尺度です。 ホットアイテムは速く動く原子で構成され、コールドアイテムはゆっくり動く原子で構成されます。 個々の原子の速度は変化しますが、原子の平均速度は特定の温度で一定のままです。 ボーズ・アインシュタイン凝縮について議論するときは、絶対温度スケールまたはケルビン温度スケールを使用する必要があります。 絶対零度は華氏-459度に等しく、すべての動きが停止する温度です。 ただし、ボーズ・アインシュタイン凝縮は、絶対零度より1億分の1度低い温度でのみ形成されます。

ボース・アインシュタイン統計によって予測されるように、非常に低い温度では、特定のサンプルのほとんどの原子が同じ量子レベルに存在します。 温度が絶対零度に近づくにつれて、ますます多くの原子が最低エネルギーレベルに降下します。 これが発生すると、これらの原子は個々のアイデンティティを失います。 それらは互いに重なり合い、ボーズ・アインシュタイン凝縮として知られる1つの区別できない原子の塊に合体します。 自然界に存在する最も冷たい温度は、約3ケルビンの深宇宙で見られます。 しかし、1995年に、EricCornellとCarlWiemanは、2,000個のルビジウム-87原子のサンプルを冷却して 絶対零度より10億分の1度未満で、最初のボーズ・アインシュタイン凝縮を生成します 時間。

原子が冷えると、それらは波のように振る舞い、粒子のようには振る舞いません。 十分に冷却されると、それらの波は拡大し、重なり始めます。 これは、沸騰したときに蓋に蒸気が凝縮するのと似ています。 水は凝集して一滴の水または凝縮物を形成します。 同じことが原子でも起こりますが、それらの波だけが融合します。 ボーズ・アインシュタイン凝縮はレーザー光に似ています。 ただし、光子が均一に動作するのではなく、完全に結合して存在するのは原子です。 一滴の水が凝縮するように、低エネルギーの原子が合体して、密集した区別できない塊を形成します。 2011年の時点で、科学者はボーズ・アインシュタイン凝縮の未知の特性を研究し始めたばかりです。 レーザーと同じように、科学者は間違いなく、科学と人文科学に役立つ多くの用途を発見するでしょう。