Egenskaper til Bose Einstein kondensat

Først spådd av Albert Einstein, representerer Bose-Einstein-kondensater et merkelig arrangement av atomer som ikke ble verifisert i laboratorier før i 1995. Disse kondensatene er sammenhengende gasser, skapt ved temperaturer som er kaldere enn det som finnes i naturen. Innenfor disse kondensatene mister atomer sin individuelle identitet og smelter sammen for å danne det som noen ganger blir referert til som et "superatom".

I 1924 studerte Satyendra Nath Bose ideen om at lys reiste i små pakker, nå kjent som fotoner. Han definerte visse regler for deres oppførsel og sendte dem til Albert Einstein. I 1925 spådde Einstein at disse samme reglene ville gjelde for atomer fordi de også var bosoner, med et heltallssnurr. Einstein utarbeidet teorien sin og oppdaget at det ville være liten forskjell på nesten alle temperaturer. Imidlertid fant han at ved ekstremt kalde temperaturer skulle noe veldig rart skje - Bose-Einstein-kondensatet.

Temperatur er rett og slett et mål på atombevegelse. Varme gjenstander består av atomer som beveger seg raskt, mens kalde gjenstander består av atomer som beveger seg sakte. Mens hastigheten på individuelle atomer varierer, forblir gjennomsnittshastigheten til atomene konstant ved en gitt temperatur. Når vi diskuterer Bose-Einstein-kondensater, er det nødvendig å bruke den absolutte, eller Kelvin, temperaturskalaen. Absolutt null er lik -459 grader Fahrenheit, temperaturen der all bevegelse opphører. Imidlertid dannes Bose-Einstein-kondensater bare ved temperaturer mindre enn 100 milliontedel av en grad over absolutt null.

Som forutsagt av Bose-Einstein-statistikken, ved svært lave temperaturer, eksisterer de fleste atomer i en gitt prøve på samme kvantenivå. Når temperaturen nærmer seg absolutt null, faller flere og flere atomer ned til sitt laveste energinivå. Når dette skjer, mister disse atomene sin individuelle identitet. De blir lagt over hverandre og smelter sammen til en umulig atomerblokk, kjent som et Bose-Einstein-kondensat. Den kaldeste temperaturen som finnes i naturen finnes i det dype rommet, rundt 3 grader Kelvin. I 1995 klarte imidlertid Eric Cornell og Carl Wieman å avkjøle en prøve på 2000 Rubidium-87 atomer til mindre enn 1 milliarddel av en grad over absolutt null, og genererer et Bose-Einstein-kondensat for det første tid.

Når atomer avkjøles, oppfører de seg mer som bølger og mindre som partikler. Når de er avkjølt nok, utvides bølgene og begynner å overlappe hverandre. Dette ligner på dampkondensering på lokket når det kokes. Vannet klumper seg sammen for å danne en dråpe vann, eller kondensat. Det samme skjer med atomer, bare det er deres bølger som smelter sammen. Bose-Einstein-kondensater ligner på laserlys. Imidlertid, i stedet for at fotoner oppfører seg på en enhetlig måte, er det atomene som eksisterer i perfekt forening. Som en dråpe vann som kondenserer, smelter atomene med lav energi sammen og danner en tett, umulig å skille klump. Fra og med 2011 begynner forskere å studere de ukjente egenskapene til Bose-Einstein-kondensater. Akkurat som med laseren, vil forskere utvilsomt oppdage mange bruksområder for dem som vil være til nytte for vitenskap og menneskehet.