Nguồn gốc, tính chất và ứng dụng của Bose-Einstein

các Bose-Einstein ngưng tụ đó là trạng thái vật chất xảy ra ở một số hạt nhất định ở nhiệt độ gần bằng không. Trong một thời gian dài người ta đã nghĩ rằng ba trạng thái tập hợp duy nhất có thể có của vật chất là rắn, lỏng và khí.

Sau đó, trạng thái thứ tư được phát hiện: huyết tương; và ngưng tụ Bose-Einstein được coi là trạng thái thứ năm. Đặc tính đặc trưng là các hạt ngưng tụ hoạt động như một hệ lượng tử lớn thay vì như chúng thường làm (như một tập hợp các hệ lượng tử riêng lẻ hoặc như một nhóm các nguyên tử).

Nói cách khác, có thể nói rằng toàn bộ các nguyên tử tạo nên ngưng tụ Bose-Einstein hoạt động như thể nó là một nguyên tử.

Chỉ số

• 1 Xuất xứ
• 2 Lấy
  • 2.1 Các boson
  • 2.2 Tất cả các nguyên tử là cùng một nguyên tử
• 3 thuộc tính
• 4 ứng dụng
  • 4.1 Bose-Einstein đậm đặc và vật lý lượng tử
• 5 tài liệu tham khảo

Nguồn gốc

Giống như nhiều khám phá khoa học gần đây nhất, sự tồn tại của ngưng tụ đã được suy luận về mặt lý thuyết trước khi có bằng chứng thực nghiệm về sự tồn tại của nó.

Do đó, chính Albert Einstein và Satyendra Nath Bose về mặt lý thuyết đã dự đoán hiện tượng này trong một ấn phẩm chung vào những năm 1920. Trước tiên, họ đã làm như vậy đối với trường hợp photon và sau đó là trường hợp các nguyên tử khí giả định.

Việc chứng minh sự tồn tại thực sự của nó đã không thể xảy ra cho đến vài thập kỷ trước, khi có thể làm lạnh mẫu đến nhiệt độ đủ thấp để chứng minh rằng những gì các phương trình dự đoán là đúng.

Lấy

Ngưng tụ Bose-Einstein đã được Eric Cornell, Carlo Wieman và Wolfgang Ketterle thu được vào năm 1995, nhờ đó, cuối cùng sẽ chia sẻ giải thưởng Nobel Vật lý năm 2001.

Để đạt được ngưng tụ Bose-Einstein, họ đã sử dụng một loạt các kỹ thuật thí nghiệm trong vật lý nguyên tử, với nhiệt độ 0,00000002 độ Kelvin trên độ không tuyệt đối (nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ thấp nhất quan sát được ngoài không gian)..

Eric Cornell và Carlo Weiman đã sử dụng các kỹ thuật này trong một loại khí pha loãng gồm các nguyên tử rubidium; Về phần mình, Wolfgang Ketterle đã áp dụng chúng một thời gian ngắn sau đó trên các nguyên tử natri.

Các boson

Tên boson được sử dụng để vinh danh nhà vật lý gốc Ấn Độ Satyendra Nath Bose. Trong vật lý của các hạt, hai loại hạt cơ bản được xem xét: boson và ferminions.

Điều quyết định xem một hạt là boson hay fermion là liệu spin của nó là số nguyên hay nửa nguyên. Cuối cùng, boson là các hạt chịu trách nhiệm truyền lực tương tác giữa các fermion.

Chỉ các hạt bosonic mới có thể có trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein này: nếu các hạt được làm mát là fermion, những gì đạt được được gọi là chất lỏng Fermi..

Điều này là như vậy bởi vì các boson, không giống như fermion, không phải tuân thủ nguyên tắc loại trừ của Paul, trong đó tuyên bố rằng hai hạt giống nhau không thể ở cùng một trạng thái lượng tử cùng một lúc.

Tất cả các nguyên tử là cùng một nguyên tử

Trong một ngưng tụ Bose-Einstein, tất cả các nguyên tử là hoàn toàn bằng nhau. Theo cách này, hầu hết các nguyên tử ngưng tụ đều ở cùng mức lượng tử, giảm xuống mức năng lượng thấp nhất có thể.

Bằng cách chia sẻ cùng trạng thái lượng tử này và có cùng năng lượng (tối thiểu), các nguyên tử không thể phân biệt và hoạt động như một "siêu năng lực" duy nhất.

Thuộc tính

Thực tế là tất cả các nguyên tử có các tính chất giống hệt nhau cho thấy một loạt các tính chất lý thuyết xác định: các nguyên tử chiếm cùng một thể tích, ánh sáng tán xạ có cùng màu và tạo thành một môi trường đồng nhất, trong số các đặc điểm khác.

Các tính chất này tương tự như của laser lý tưởng, phát ra ánh sáng kết hợp (không gian và thời gian), đồng nhất, đơn sắc, trong đó tất cả các sóng và photon đều tuyệt đối bằng nhau và di chuyển theo cùng một hướng, do đó lý tưởng là không tiêu tan.

Ứng dụng

Các khả năng được cung cấp bởi trạng thái vật chất mới này là rất nhiều, một số thực sự tuyệt vời. Trong số các ứng dụng hiện tại hoặc đang phát triển, các ứng dụng thú vị nhất của ngưng tụ Bose-Einstein là:

- Nó được sử dụng cùng với laser nguyên tử để tạo ra các cấu trúc nano có độ chính xác cao.

- Phát hiện cường độ trường hấp dẫn.

- Sản xuất đồng hồ nguyên tử chính xác và ổn định hơn so với đồng hồ hiện đang tồn tại.

- Mô phỏng, ở quy mô nhỏ, để nghiên cứu các hiện tượng vũ trụ nhất định.

- Các ứng dụng của siêu lỏng và siêu dẫn.

- Các ứng dụng bắt nguồn từ hiện tượng được gọi là ánh sáng chậm hoặc ánh sáng chậm; ví dụ, trong dịch chuyển tức thời hoặc trong lĩnh vực đầy hứa hẹn của điện toán lượng tử.

- Đào sâu kiến ​​thức về cơ học lượng tử, thực hiện các thí nghiệm phức tạp và phi tuyến tính hơn, cũng như xác minh các lý thuyết nhất định được xây dựng gần đây. Các ngưng tụ cung cấp khả năng tái tạo trong các hiện tượng phòng thí nghiệm xảy ra trong những năm ánh sáng.

Như bạn có thể thấy, ngưng tụ Bose-Einstein không chỉ được sử dụng để phát triển các kỹ thuật mới, mà còn để hoàn thiện một số kỹ thuật đã tồn tại.

Không phải vô ích, chúng cung cấp độ chính xác và độ tin cậy cao, điều này có thể do sự kết hợp pha của chúng trong trường nguyên tử, tạo điều kiện kiểm soát tốt thời gian và khoảng cách.

Do đó, ngưng tụ Bose-Einstein có thể trở thành một cuộc cách mạng như chính tia laser, vì chúng có nhiều đặc tính chung. Tuy nhiên, vấn đề lớn cho điều này xảy ra nằm ở nhiệt độ mà các chất ngưng tụ này được tạo ra.

Do đó, khó khăn nằm ở cả mức độ phức tạp để có được chúng và trong việc bảo trì tốn kém. Do đó, hầu hết các nỗ lực hiện đang tập trung chủ yếu vào ứng dụng của nó vào nghiên cứu cơ bản.

Bose-Einstein đậm đặc và vật lý lượng tử

Việc chứng minh sự tồn tại của ngưng tụ Bose-Einstein đã đưa ra một công cụ mới và quan trọng để nghiên cứu các hiện tượng vật lý mới trong các lĩnh vực rất đa dạng.

Không có nghi ngờ rằng sự gắn kết của nó ở cấp độ vĩ mô tạo điều kiện thuận lợi cho cả nghiên cứu, hiểu và chứng minh các định luật vật lý lượng tử.

Tuy nhiên, thực tế là nhiệt độ gần bằng 0 tuyệt đối là cần thiết để đạt được trạng thái vật chất này là một sự bất tiện nghiêm trọng để tận dụng tối đa các tính chất đáng kinh ngạc của nó..

Tài liệu tham khảo

1. Ngưng tụ của Bose-Einstein (n.d.). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2018, từ es.wikipedia.org.
2. Bose-Einstein ngưng tụ. (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell và Carl Wieman (1998). Bose-Einstein đậm đặc, "Nghiên cứu và Khoa học".
4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "Bose-Einstein chia buồn". Khoa học Mỹ.
5. Bosón (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2018, từ es.wikipedia.org.
6. Boson (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.