Egenskaper hos Bose Einstein kondensat

Bose-Einstein kondensat förutspåddes först av Albert Einstein och representerar ett konstigt arrangemang av atomer som inte verifierades i laboratorier förrän 1995. Dessa kondensat är sammanhängande gaser som skapas vid temperaturer som är kallare än vad som finns i naturen. Inom dessa kondensat förlorar atomer sin individuella identitet och smälter samman för att bilda det som ibland kallas en "superatom".

År 1924 studerade Satyendra Nath Bose idén att ljus reste i små paket, nu kända som fotoner. Han definierade vissa regler för deras beteende och skickade dem till Albert Einstein. År 1925 förutspådde Einstein att samma regler skulle gälla för atomer eftersom de också var bosoner med ett heltal snurr. Einstein utarbetade sin teori och upptäckte att vid nästan alla temperaturer skulle det vara liten skillnad. Han fann emellertid att vid extremt kalla temperaturer skulle något mycket konstigt inträffa - Bose-Einstein-kondensatet.

Temperatur är helt enkelt ett mått på atomrörelse. Heta föremål består av atomer som rör sig snabbt, medan kalla föremål består av atomer som rör sig långsamt. Medan hastigheten för enskilda atomer varierar, förblir atomernas medelhastighet konstant vid en given temperatur. När vi diskuterar Bose-Einstein-kondensat är det nödvändigt att använda den absoluta, eller Kelvin, temperaturskalan. Absolut noll är lika med -459 grader Fahrenheit, den temperatur vid vilken all rörelse upphör. Emellertid bildas Bose-Einstein-kondensat endast vid temperaturer mindre än 100 miljondelar av en grad över absolut noll.

Som förutsagt av Bose-Einstein-statistiken, vid mycket låga temperaturer, finns de flesta atomer i ett givet prov på samma kvantnivå. När temperaturen närmar sig absolut noll minskar fler och fler atomer till sin lägsta energinivå. När detta inträffar förlorar dessa atomer sin individuella identitet. De läggs över varandra och smälter samman till en oskiljbar atomblock, känd som ett Bose-Einstein-kondensat. Den kallaste temperaturen som finns i naturen finns i rymden, runt 3 grader Kelvin. Men 1995 kunde Eric Cornell och Carl Wieman kyla ett prov på 2000 Rubidium-87 atomer till mindre än 1 miljardedel av en grad över absolut noll, vilket genererar ett Bose-Einstein-kondensat för det första tid.

När atomer svalnar beter de sig mer som vågor och mindre som partiklar. När de är tillräckligt svalna expanderar deras vågor och börjar överlappa varandra. Detta liknar ångkondensering på locket när det kokas. Vattnet klumpar ihop sig för att bilda en droppe vatten eller kondens. Detsamma inträffar med atomer, bara det är deras vågor som smälter samman. Bose-Einstein-kondensat liknar laserljus. Men istället för att fotoner beter sig på ett enhetligt sätt är det atomerna som existerar i perfekt förening. Som en droppe vattenkondensering smälter atomenergilaterna samman och bildar en tät, oskiljbar klump. Från och med 2011 har forskare precis börjat studera de okända egenskaperna hos Bose-Einstein-kondensat. Precis som med lasern kommer forskare utan tvekan att upptäcka många användningsområden för dem som kommer att gynna vetenskap och mänsklighet.