Voor het eerst voorspeld door Albert Einstein, vertegenwoordigen Bose-Einstein-condensaten een vreemde rangschikking van atomen die pas in 1995 in laboratoria werd geverifieerd. Deze condensaten zijn coherente gassen, ontstaan bij temperaturen die kouder zijn dan waar dan ook in de natuur. Binnen deze condensaten verliezen atomen hun individuele identiteit en versmelten tot wat soms een 'superatoom' wordt genoemd.
Bose-Einstein condensaattheorie
In 1924 bestudeerde Satyendra Nath Bose het idee dat: licht reisde in kleine pakketjes, nu bekend als fotonen. Hij definieerde bepaalde regels voor hun gedrag en stuurde ze naar Albert Einstein. In 1925 voorspelde Einstein dat dezelfde regels van toepassing zouden zijn op atomen omdat het ook bosonen waren met een geheeltallige spin. Einstein werkte zijn theorie uit en ontdekte dat er bij bijna alle temperaturen weinig verschil zou zijn. Hij ontdekte echter dat er bij extreem lage temperaturen iets heel vreemds zou moeten gebeuren: het Bose-Einstein-condensaat.
Bose-Einstein condensaattemperatuur
Temperatuur is gewoon een maat voor atomaire beweging. Hot items bestaan uit atomen die snel bewegen, terwijl koude items bestaan uit atomen die langzaam bewegen. Terwijl de snelheid van individuele atomen varieert, blijft de gemiddelde snelheid van de atomen constant bij een bepaalde temperatuur. Bij het bespreken van Bose-Einstein-condensaten is het noodzakelijk om de Absolute of Kelvin-temperatuurschaal te gebruiken. Het absolute nulpunt is gelijk aan -459 graden Fahrenheit, de temperatuur waarbij alle beweging ophoudt. Bose-Einstein-condensaten vormen zich echter alleen bij temperaturen van minder dan 100 miljoenste graad boven het absolute nulpunt.
Bose-Einstein-condensaten vormen
Zoals voorspeld door Bose-Einstein-statistieken, bestaan bij zeer lage temperaturen de meeste atomen in een bepaald monster in hetzelfde kwantumniveau. Naarmate de temperatuur het absolute nulpunt nadert, dalen steeds meer atomen naar hun laagste energieniveau. Wanneer dit gebeurt, verliezen deze atomen hun individuele identiteit. Ze worden over elkaar heen gelegd en smelten samen tot één niet te onderscheiden atomaire klodder, bekend als een Bose-Einstein-condensaat. De koudste temperatuur die in de natuur bestaat, wordt gevonden in de diepe ruimte, rond de 3 graden Kelvin. In 1995 waren Eric Cornell en Carl Wieman echter in staat om een monster van 2000 Rubidium-87-atomen af te koelen tot minder dan 1 miljardste graad boven het absolute nulpunt, waardoor voor het eerst een Bose-Einstein-condensaat ontstaatate tijd.
Bose-Einstein condensaat eigenschappen
Als atomen afkoelen, gedragen ze zich meer als golven en minder als deeltjes. Wanneer ze voldoende zijn afgekoeld, zetten hun golven uit en beginnen ze te overlappen. Dit is vergelijkbaar met stoom die condenseert op een deksel wanneer het wordt gekookt. Het water klontert samen en vormt een druppel water of condensaat. Hetzelfde gebeurt met atomen, alleen zijn het hun golven die samenvloeien. Bose-Einstein condensaten zijn vergelijkbaar met laserlicht. In plaats van dat fotonen zich op een uniforme manier gedragen, zijn het echter de atomen die in perfecte unie bestaan. Als een druppel water die condenseert, smelten de laagenergetische atomen samen tot een dichte, niet te onderscheiden klomp. Vanaf 2011 beginnen wetenschappers net de onbekende eigenschappen van Bose-Einstein-condensaten te bestuderen. Net als bij de laser zullen wetenschappers ongetwijfeld vele toepassingen voor hen ontdekken die de wetenschap en de mensheid ten goede zullen komen.
