Kondensat Bosego–Einsteina: opis, warunki powstawania i właściwości
Kondensat Bosego–Einsteina (BEC) to faza materii powstająca w bardzo rozrzedzonym gazie przy ekstremalnie niskich temperaturach. Charakteryzuje się macroscopiczną koherentnością, niską lepkością i powiązaniem z nadpłynnością.
Kondensat Bosego–Einsteina (BEC) to szczególny stan materii, który pojawia się w bardzo rozrzedzonym gazie, gdy zostanie on schłodzony do ekstremalnie niskich temperatur bliskich zera absolutnego. Temperatura 0 K odpowiada -273 °C lub -459,67 °F.
Kondensat tworzy się, gdy składniki układu — pojedyncze cząstki — tracą energię kinetyczną do poziomu, w którym zachodzi makroskopowa koherencja i wiele cząstek zajmuje ten sam stan kwantowy. Tylko bozony mogą utworzyć BEC.
Galeria obrazów
1 Obraz
Warunki powstawania
- Wymagana jest ekstremalnie niska temperatura oraz odpowiednio mała gęstość gazu, rzędu ułamków gęstości powietrza stosowanych w eksperymentach.
- Eksperymenty wykorzystują chłodzenie laserowe i pułapki magnetyczne, by osiągnąć niezbędne warunki.
Właściwości
- BEC to rodzaj zmiany stanu materii, w którym makroskopowe liczby cząstek wykazują koherentne zachowanie falowe.
- Układ wykazuje praktycznie zerową lepkość, co jest jednym z sygnałów nadpłynności.
- Nadpłynność i nadprzewodnictwo są ściśle powiązane z właściwościami wynikającymi ze stanu BEC.
Teoria
Cząstki mają energię. Mogą mieć dużo energii i odbijać się dziko jak w gazach; mieć mniej energii i płynąć jak ciecz; lub mieć jeszcze mniej energii jak ciało stałe. Jeśli odbierzesz cząsteczce wystarczającą ilość energii, osiągniesz najmniejszą możliwą ilość energii. Jest to kondensat Bosego-Einsteina. To sprawia, że wszystkie cząstki są dokładnie takie same i zamiast odbijać się losowo we wszystkich kierunkach, wszystkie odbijają się w górę i w dół w dokładnie taki sam sposób, tworząc coś, co nazywamy "gigantyczną falą materii".
Historia
Kondensat Bosego-Einsteina został po raz pierwszy zaproponowany przez Satyendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w latach 1924-25. Siedemdziesiąt lat później udowodniono jego istnienie. Eric Cornell i Carl Wieman stworzyli pierwszy kondensat Bosego-Einsteina w 1995 roku na Uniwersytecie Kolorado. Cornell, Wieman i Wolfgang Ketterle z MIT otrzymali w 2001 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Eksperymenty
Zazwyczaj, aby uzyskać wystarczająco niską temperaturę, aby uzyskać kondensat Bosego-Einsteina, trzeba najpierw uwięzić bozon za pomocą magnesów, a następnie, odbijając od nich lasery, odebrać mu całą energię (chłodzenie laserowe). To wciąż nie jest wystarczająco zimne. Niektóre z cząstek nadal będą się mocno odbijać, a tylko niektóre będą leżeć spokojnie. Pole magnetyczne jest wtedy powoli obniżane kawałek po kawałku, aby wypuścić szybciej odbijające się cząstki. W ten sposób w środku pozostają tylko najzimniejsze i najwolniejsze atomy.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest kondensat Bosego-Einsteina?
O: Kondensat Bosego-Einsteina to stan materii, który powstaje, gdy rozcieńczony gaz jest bardzo zimny, bliski zeru absolutnemu, a tworzące go cząsteczki mają bardzo niską energię. Tylko bozony mogą tworzyć kondensat Bosego-Einsteina.
P: W jakiej temperaturze tworzy się kondensat Bosego-Einsteina?
O: Kondensat Bosego-Einsteina powstaje, gdy rozcieńczony gaz jest bardzo zimny, w pobliżu zera absolutnego, co oznacza -273,15 °C lub -459,67°F.
P: Jakie rodzaje cząstek mogą tworzyć kondensat Bosego-Einsteina?
O: Tylko bozony mogą tworzyć kondensat Bosego-Einsteina.
P: Jaka jest gęstość kondensatu Bosego-Einsteina?
O: Gęstość kondensatu Bosego-Einsteina wynosi około jednej setnej tysięcznej gęstości normalnego powietrza.
P: Czy kondensat Bosego-Einsteina to zmiana stanu?
O: Tak, kondensat Bosego-Einsteina jest zmianą stanu.
P: Jaka jest lepkość materii w stanie BEC?
O: Kiedy materia jest w stanie BEC, ma zerową lepkość.
P: Jaki jest związek między nadpłynnością, nadprzewodnictwem i stanem BEC materii?
O: Zarówno nadpłynność, jak i nadprzewodnictwo są ściśle związane ze stanem BEC materii.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Kondensat Bosego–Einsteina: opis, warunki powstawania i właściwości Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/13181