Vlastnosti kondenzátu Bose Einstein

Kondenzáty Bose-Einstein, ktoré prvýkrát predpovedal Albert Einstein, predstavujú zvláštne usporiadanie atómov, ktoré bolo v laboratóriách overené až v roku 1995. Tieto kondenzáty sú koherentné plyny, ktoré sa vytvárajú pri teplotách, ktoré sú chladnejšie, ako sa nachádzajú kdekoľvek v prírode. V týchto kondenzátoch atómy strácajú svoju individuálnu identitu a spájajú sa, aby vytvorili niečo, čo sa niekedy označuje ako „superatóm“.

V roku 1924 Satyendra Nath Bose študoval túto myšlienku svetlo putovalo v malých balíčkoch, ktoré sa dnes nazývajú fotóny. Definoval určité pravidlá ich správania a poslal ich Albertovi Einsteinovi. V roku 1925 Einstein predpovedal, že rovnaké pravidlá budú platiť aj pre atómy, pretože to boli tiež bozóny s celočíselným spinom. Einstein vypracoval svoju teóriu a zistil, že pri takmer všetkých teplotách bude malý rozdiel. Zistil však, že pri extrémne nízkych teplotách by sa malo stať niečo veľmi zvláštne - Bose-Einsteinov kondenzát.

Teplota je jednoducho mierka atómového pohybu. Horúce položky pozostávajú z atómov, ktoré sa pohybujú rýchlo, zatiaľ čo studené položky pozostávajú z atómov, ktoré sa pohybujú pomaly. Aj keď sa rýchlosť jednotlivých atómov líši, priemerná rýchlosť atómov zostáva pri danej teplote konštantná. Keď diskutujeme Bose-Einsteinove kondenzáty, je potrebné použiť absolútnu alebo Kelvinovu teplotnú stupnicu. Absolútna nula sa rovná -459 stupňom Fahrenheita, teplote, pri ktorej zastaví všetok pohyb. Bose-Einsteinove kondenzáty sa však tvoria iba pri teplotách menších ako 100 milióntin stupňa nad absolútnou nulou.

Ako predpovedajú Bose-Einsteinove štatistiky, pri veľmi nízkych teplotách existuje väčšina atómov v danej vzorke na rovnakej kvantovej úrovni. Keď sa teploty blížia k absolútnej nule, čoraz viac atómov klesá na svoju najnižšiu energetickú hladinu. Ak k tomu dôjde, stratia tieto atómy svoju individuálnu identitu. Prekrývajú sa jeden cez druhého a spájajú sa do jedného nerozoznateľného atómového blobu, ktorý je známy ako Bose-Einsteinov kondenzát. Najchladnejšia teplota, ktorá v prírode existuje, sa nachádza v hlbokom vesmíre, okolo 3 stupňov Kelvina. V roku 1995 však Eric Cornell a Carl Wieman dokázali ochladiť vzorku 2 000 atómov rubídia na 87 menej ako 1 miliardtina stupňa nad absolútnou nulou, čím sa pri prvej generuje Bose-Einsteinov kondenzát čas.

Keď sa atómy ochladia, správajú sa viac ako vlny a menej ako častice. Keď sú dostatočne ochladené, ich vlny sa rozširujú a začínajú sa prekrývať. Je to podobné ako pri kondenzácii pary na veku, keď sa varí. Voda sa zhlukuje a vytvára kvapku vody alebo kondenzátu. To isté sa deje s atómami, iba to je to, že ich vlny sa spájajú. Kondenzáty Bose-Einstein sú podobné laserovému svetlu. Avšak namiesto toho, aby sa fotóny správali jednotne, sú to práve atómy, ktoré existujú v dokonalej únii. Ako kvapka kondenzujúcej vody sa nízkoenergetické atómy spájajú a vytvárajú hustú nerozoznateľnú hrudku. Od roku 2011 vedci ešte len začínajú študovať neznáme vlastnosti kondenzátu Bose-Einstein. Rovnako ako laser, aj tu vedci nepochybne objavia mnoho využití, ktoré budú prospešné pre vedu a ľudstvo.