Proprietățile condensatului Bose Einstein

Prezis pentru prima dată de Albert Einstein, condensatele Bose-Einstein reprezintă un aranjament ciudat de atomi care nu a fost verificat în laboratoare până în 1995. Aceste condensate sunt gaze coerente, create la temperaturi care sunt mai reci decât pot fi găsite oriunde în natură. În cadrul acestor condensate, atomii își pierd identitatea individuală și se îmbină pentru a forma ceea ce uneori se numește „super atom”.

În 1924, Satyendra Nath Bose studia ideea că lumina călătorită în pachete minuscule, cunoscute acum sub numele de fotoni. El a definit anumite reguli pentru comportamentul lor și le-a trimis lui Albert Einstein. În 1925, Einstein a prezis că aceleași reguli se vor aplica atomilor deoarece erau și bosoni, având un spin întreg. Einstein și-a elaborat teoria și a descoperit că la aproape toate temperaturile, ar exista puține diferențe. Cu toate acestea, el a descoperit că la temperaturi extrem de reci ar trebui să se întâmple ceva foarte ciudat - condensatul Bose-Einstein.

Temperatura este pur și simplu o măsură a mișcării atomice. Elementele fierbinți constau din atomi care se mișcă rapid, în timp ce articolele reci constau din atomi care se mișcă încet. În timp ce viteza atomilor individuali variază, viteza medie a atomilor rămâne constantă la o temperatură dată. Când discutați condensatele Bose-Einstein, este necesar să utilizați scala de temperatură absolută sau Kelvin. Zero absolut este egal cu -459 grade Fahrenheit, temperatura la care încetează orice mișcare. Cu toate acestea, condensatele Bose-Einstein se formează numai la temperaturi mai mici de 100 milionimi de grad peste zero absolut.

După cum a prezis statisticile lui Bose-Einstein, la temperaturi foarte scăzute, majoritatea atomilor dintr-un eșantion dat există la același nivel cuantic. Pe măsură ce temperaturile se apropie de zero absolut, tot mai mulți atomi coboară la cel mai scăzut nivel de energie. Când se întâmplă acest lucru, acești atomi își pierd identitatea individuală. Acestea devin suprapuse unele peste altele, coalizându-se într-o singură pată atomică nedistinguibilă, cunoscută sub numele de condensat Bose-Einstein. Cea mai rece temperatură care există în natură se găsește în spațiul adânc, la aproximativ 3 grade Kelvin. Cu toate acestea, în 1995, Eric Cornell și Carl Wieman au reușit să răcească un eșantion de 2.000 de atomi de Rubidiu-87 mai puțin de 1 miliardime dintr-un grad peste zero absolut, generând un condensat Bose-Einstein pentru primul timp.

Pe măsură ce atomii se răcesc, se comportă mai mult ca undele și mai puțin ca particulele. Când sunt suficient de răcite, valurile lor se extind și încep să se suprapună. Acest lucru este similar cu condensul de abur pe un capac atunci când este fiert. Apa se aglomerează pentru a forma o picătură de apă sau condens. La fel se întâmplă și cu atomii, doar că undele lor se unesc împreună. Condensatele Bose-Einstein sunt similare cu lumina laser. Cu toate acestea, în loc să se comporte fotonii într-o manieră uniformă, atomii există în uniune perfectă. Ca o picătură de condensare a apei, atomii cu consum redus de energie se unesc împreună pentru a forma o bucată densă, nedistinguibilă. Începând din 2011, oamenii de știință abia încep să studieze proprietățile necunoscute ale condensatelor Bose-Einstein. La fel ca în cazul laserului, oamenii de știință vor descoperi, fără îndoială, multe utilizări care vor aduce beneficii științei și umanității.