Бозе-Ајнштајнов кондензат

Бозе-Ајнштајнов кондензат (енгл. BAC) се сматра петим агрегатним стањем супстанције, поред течности, гасова, чврстог стања и плазме. Бозе-Ајнштајнов кондензат се добија хлађењем врло разређеног гаса бозонских честица до температуре која је веома блиска апсолутној нули (-273,15 °C односно 0К).

Схематични приказ Бозе-Ајнштајнове кондензације

Бозе-Ајнштајнов кондензат су теоријски предвидели Сатјендра Бозе и Алберт Ајнштан око 1924/25. године, а први такав систем је експериментално пронађен у разређеним гасовима алкалних атома 1995. године, за шта су физичари Ерик Корнел, Волфганг Кетерле и Карл Виман добили Нобелову награду за физику 2001. године.^[1]

Опис

Бозе-Ајнштајнов кондензат настаје хлађењем гаса изузетно ниске густине (око сто хиљадитог дела густине нормалног ваздуха) до веома ниских температура блиских температури апсолутне нуле. Смањењем температуре атома, смањује се њихова кинетичка енергија. На температури апсолутне нуле, њима не преостаје баш никаква енергија за кретање и они могу да заузимају само најниже енергетско квантно стање. За разлику од фермиона који морају да задовољавају Паулијев принцип искључења, тај принцип се не односи на бозонске честице (као што су атоми, фотони, итд.), те ће се на температури апсолутне нуле сви бозони наћи у потпуно истом квантном стању, где ће се третирати као апсолутно неразлучиве идентичне честице у складу са Бозе-Ајнштајновом статистиком коју бозони као честице задовољавају. Пошто ће се велики број бозона наћи у потпуно истом квантном стању, систем ће испољити макроскопске ефекте.

Услед јединствене особине кондензата, Лен Хау показала је да светлост може бити заустављена или значајно успорена од 17 метара у секунди, што доводи до изузетно вискоког индекса преламања.^[2]

Историја

Подаци о расподели брзине (3 приказа) гаса атома рубидијума, чиме се потврђује откриће нове фазе материје, Бозе–Ајнштајновог кондензата. Лево: непосредно пре појаве Бозе–Ајнштајновог кондензата. Центар: непосредно након појаве кондензата. Десно: након даљег испаравања, остављајући узорак скоро чистог кондензата.

Бозе је први формулисао идеју о светлосном кванту, који се сада зове фотон, тако што је извео Планков закон квантне радијације без коришћења класичне физике, а након тога ту идеју преузима и Ајнштајн. Ајнштајн је био импресиониран, превео је Бозеов рад са енглеског на немачки језик и објавио га у часопису Zeitschrift für Physik 1924. године.^[3] (Веровало се да је Ајнштајнов рукопис био изгубљен, али је пронађен у библиотеци Лајденског универзитета 2005. године.)^[4] Ајнштајн је затим проширио Бозеове идеје на материју у два друга чланка.^[5]^[6] Резултат њихових напора је концепт Бозеовог гаса, у коме важи Бозе-Ајнштајнова статистика, којом се описује статистичка дистрибуција идентичних честица са целобројним спином, сада званим бозони. Бозонима, који обухватају фотон, као и атоме као што је хелијум-4 (4He), дозвољено је да деле квантно стање. Ајнштајн је предложио да би хлађење босонских атома на веома ниску температуру проузроковало да падну (или да се „кондензују”) у најниже доступно квантно стање, што доводи до новог облика материје.

Године 1938. Фриц Лондон предложио је Бозе-Ајнштајнов кондензат као механизам суперфлуидности за ⁴He и за суперпроводност.^[7]^[8]

Дана 5. јуна 1995. године, први гасовити кондензат су произвели Ерик Корнел и Карл Виман на Универзитету Колорада у Болдеру у лабораторији NIST–JILA, у гасу атома рубидијума охлађеног на 170 нанокелвина (nK).^[9] Убрзо након тога, Волфганг Кетерле са МИТ је демонстрирао важна својства кондензата. За њихова достигнућа Корнел, Виман и Кетерле су добили Нобелову награду за физику 2001. године.^[10]

Многи изотопи су ускоро кондензовани, затим молекули, квази-честице и фотони 2010. годинe.^[11]

Види још

Бозе-Ајнштајнова статистика

Референце

^ „Бозе-Ајнштајнов кондензат”. 2018.
^ „Lene Hau”. www.physicscentral.com. Приступљено 1. 1. 2017.
^ S. N. Bose (1924). „Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese”. Zeitschrift für Physik. 26 (1): 178—181. Bibcode:1924ZPhy...26..178B. doi:10.1007/BF01327326.
^ „Leiden University Einstein archive”. Lorentz.leidenuniv.nl. 1920. Приступљено 23. 3. 2011.
^ A. Einstein (1925). „Quantentheorie des einatomigen idealen Gases”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1: 3.
^ Clark, Ronald W. (1971). Einstein: The Life and Times. Avon Books. стр. 408—409. ISBN 978-0-380-01159-9.
^ London, Fritz (1938). „The λ-Phenomenon of liquid Helium and the Bose–Einstein degeneracy”. Nature. 141 (3571): 643—644. Bibcode:1938Natur.141..643L. doi:10.1038/141643a0.
^ London, F. Superfluids Vol.I and II, (reprinted New York: Dover 1964)
^ Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter, NIST, 9 October 2001
^ Levi, Barbara Goss (2001). „Cornell, Ketterle, and Wieman Share Nobel Prize for Bose–Einstein Condensates”. Search & Discovery. Physics Today online. Архивирано из оригинала 24. 10. 2007. г. Приступљено 26. 1. 2008.
^ J. Klaers; J. Schmitt; F. Vewinger & M. Weitz. „Bose–Einstein condensation of photons in an optical microcavity/year 2010”. Nature. 468 (7323): 545—548. Bibcode:2010Natur.468..545K. PMID 21107426. arXiv:1007.4088  . doi:10.1038/nature09567.

Литература

S. N. Bose (1924). „Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese”. Zeitschrift für Physik. 26 (1): 178—181. Bibcode:1924ZPhy...26..178B. doi:10.1007/BF01327326.
A. Einstein (1925). „Quantentheorie des einatomigen idealen Gases”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1: 3. ,
L. D. Landau (1941). „The theory of Superfluity of Helium 111”. J. Phys. USSR. 5: 71—90.
L. D. Landau (1941). „Theory of the Superfluidity of Helium II”. Physical Review. 60 (4): 356—358. Bibcode:1941PhRv...60..356L. doi:10.1103/PhysRev.60.356.
M. H. Anderson; J. R. Ensher; M. R. Matthews; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1995). „Observation of Bose–Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor”. Science. 269 (5221): 198—201. Bibcode:1995Sci...269..198A. JSTOR 2888436. PMID 17789847. doi:10.1126/science.269.5221.198.
C. Barcelo; S. Liberati & M. Visser (2001). „Analogue gravity from Bose–Einstein condensates”. Classical and Quantum Gravity. 18 (6): 1137—1156. Bibcode:2001CQGra..18.1137B. arXiv:gr-qc/0011026  . doi:10.1088/0264-9381/18/6/312.
P. G. Kevrekidis; R. Carretero-González; D. J. Frantzeskakis & I. G. Kevrekidis (2004). „Vortices in Bose–Einstein Condensates: Some Recent Developments”. Mod. Phys. Lett. B. 18 (30): 1481—1505. Bibcode:2004MPLB...18.1481K. arXiv:cond-mat/0501030  . doi:10.1142/S0217984904007967.
K.B. Davis; M.-O. Mewes; M.R. Andrews; N.J. van Druten; D.S. Durfee; D.M. Kurn & W. Ketterle (1995). „Bose–Einstein condensation in a gas of sodium atoms”. Phys. Rev. Lett. 75 (22): 3969—3973. Bibcode:1995PhRvL..75.3969D. PMID 10059782. doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969. Архивирано из оригинала 01. 04. 2019. г. Приступљено 01. 04. 2019. .
D. S. Jin; J. R. Ensher; M. R. Matthews; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1996). „Collective Excitations of a Bose–Einstein Condensate in a Dilute Gas”. Phys. Rev. Lett. 77 (3): 420—423. Bibcode:1996PhRvL..77..420J. PMID 10062808. doi:10.1103/PhysRevLett.77.420.
M. R. Andrews; C. G. Townsend; H.-J. Miesner; D. S. Durfee; D. M. Kurn & W. Ketterle (1997). „Observation of interference between two Bose condensates”. Science. 275 (5300): 637—641. PMID 9005843. doi:10.1126/science.275.5300.637. Архивирано из оригинала 12. 10. 2000. г. Приступљено 26. 10. 2017. .
E. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). „The Bose–Einstein condensate”. Scientific American. 278 (3): 40—45. Bibcode:1998SciAm.278c..40C. doi:10.1038/scientificamerican0398-40.
M. R. Matthews; B. P. Anderson; P. C. Haljan; D. S. Hall; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1999). „Vortices in a Bose–Einstein condensate”. Phys. Rev. Lett. 83 (13): 2498—2501. Bibcode:1999PhRvL..83.2498M. arXiv:cond-mat/9908209  . doi:10.1103/PhysRevLett.83.2498.
E. A. Donley; N. R. Claussen; S. L. Cornish; J. L. Roberts; E. A. Cornell & C. E. Wieman (2001). „Dynamics of collapsing and exploding Bose–Einstein condensates”. Nature. 412 (6844): 295—299. Bibcode:2001Natur.412..295D. PMID 11460153. arXiv:cond-mat/0105019  . doi:10.1038/35085500.
A. G. Truscott; K. E. Strecker; W. I. McAlexander; G. B. Partridge & R. G. Hulet (2001). „Observation of Fermi Pressure in a Gas of Trapped Atoms”. Science. 291 (5513): 2570—2572. Bibcode:2001Sci...291.2570T. PMID 11283362. doi:10.1126/science.1059318.
M. Greiner; O. Mandel; T. Esslinger; T. W. Hänsch & I. Bloch (2002). „Quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator in a gas of ultracold atoms”. Nature. 415 (6867): 39—44. Bibcode:2002Natur.415...39G. PMID 11780110. doi:10.1038/415039a. .
S. Jochim; M. Bartenstein; A. Altmeyer; G. Hendl; S. Riedl; C. Chin; J. Hecker Denschlag & R. Grimm (2003). „Bose–Einstein Condensation of Molecules”. Science. 302 (5653): 2101—2103. Bibcode:2003Sci...302.2101J. PMID 14615548. doi:10.1126/science.1093280.
M. Greiner; C. A. Regal & D. S. Jin (2003). „Emergence of a molecular Bose−Einstein condensate from a Fermi gas”. Nature. 426 (6966): 537—540. Bibcode:2003Natur.426..537G. PMID 14647340. doi:10.1038/nature02199.
M. W. Zwierlein; C. A. Stan; C. H. Schunck; S. M. F. Raupach; S. Gupta; Z. Hadzibabic & W. Ketterle (2003). „Observation of Bose–Einstein Condensation of Molecules”. Phys. Rev. Lett. 91 (25): 250401. Bibcode:2003PhRvL..91y0401Z. PMID 14754098. arXiv:cond-mat/0311617  . doi:10.1103/PhysRevLett.91.250401.
C. A. Regal; M. Greiner & D. S. Jin (2004). „Observation of Resonance Condensation of Fermionic Atom Pairs”. Phys. Rev. Lett. 92 (4): 040403. Bibcode:2004PhRvL..92d0403R. PMID 14995356. arXiv:cond-mat/0401554  . doi:10.1103/PhysRevLett.92.040403.
C. J. Pethick and H. Smith, Bose–Einstein Condensation in Dilute Gases, Cambridge University Press, Cambridge, 2001.
Lev P. Pitaevskii and S. Stringari, Bose–Einstein Condensation, Clarendon Press, Oxford, 2003.
M. Mackie; K. A. Suominen & J. Javanainen (2002). „Mean-field theory of Feshbach-resonant interactions in 85Rb condensates”. Phys. Rev. Lett. 89 (18): 180403. Bibcode:2002PhRvL..89r0403M. PMID 12398586. arXiv:cond-mat/0205535  . doi:10.1103/PhysRevLett.89.180403.

Спољашње везе

Bose–Einstein Condensation 2009 Conference Bose–Einstein Condensation 2009 – Frontiers in Quantum Gases
BEC Homepage General introduction to Bose–Einstein condensation
Nobel Prize in Physics 2001 – for the achievement of Bose–Einstein condensation in dilute gases of alkali atoms, and for early fundamental studies of the properties of the condensates
-last1= -
Bose–Einstein condensates at JILA Архивирано на сајту Wayback Machine (17. април 2014)
Atomcool at Rice University
Alkali Quantum Gases at MIT
Atom Optics at UQ
Einstein's manuscript on the Bose–Einstein condensate discovered at Leiden University
Bose–Einstein condensate on arxiv.org
Bosons – The Birds That Flock and Sing Together Архивирано на сајту Wayback Machine (4. март 2016)
Easy BEC machine Архивирано на сајту Wayback Machine (24. фебруар 2014) – information on constructing a Bose–Einstein condensate machine.
Verging on absolute zero – Cosmos Online Архивирано на сајту Wayback Machine (22. новембар 2008)
Lecture by W Ketterle at MIT in 2001
Bose–Einstein Condensation at NIST – NIST resource on BEC

[1] „Бозе-Ајнштајнов кондензат”. 2018.

[2] „Lene Hau”. www.physicscentral.com. Приступљено 1. 1. 2017.

[3] S. N. Bose (1924). „Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese”. Zeitschrift für Physik. 26 (1): 178—181. Bibcode:1924ZPhy...26..178B. doi:10.1007/BF01327326.

[4] „Leiden University Einstein archive”. Lorentz.leidenuniv.nl. 1920. Приступљено 23. 3. 2011.

[5] A. Einstein (1925). „Quantentheorie des einatomigen idealen Gases”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1: 3.

[6] Clark, Ronald W. (1971). Einstein: The Life and Times. Avon Books. стр. 408—409. ISBN 978-0-380-01159-9.

[London:1938-7] London, Fritz (1938). „The λ-Phenomenon of liquid Helium and the Bose–Einstein degeneracy”. Nature. 141 (3571): 643—644. Bibcode:1938Natur.141..643L. doi:10.1038/141643a0.

[8] London, F. Superfluids Vol.I and II, (reprinted New York: Dover 1964)

[9] Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter, NIST, 9 October 2001

[10] Levi, Barbara Goss (2001). „Cornell, Ketterle, and Wieman Share Nobel Prize for Bose–Einstein Condensates”. Search & Discovery. Physics Today online. Архивирано из оригинала 24. 10. 2007. г. Приступљено 26. 1. 2008.

[Klaers:2010-11] J. Klaers; J. Schmitt; F. Vewinger & M. Weitz. „Bose–Einstein condensation of photons in an optical microcavity/year 2010”. Nature. 468 (7323): 545—548. Bibcode:2010Natur.468..545K. PMID 21107426. arXiv:1007.4088  . doi:10.1038/nature09567.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]