的玻色-爱因斯坦凝聚是,在接近绝对零度的温度下发生在某些颗粒物质的状态。长期以来,人们一直认为物质聚集的唯一三种可能状态是固体,液体和气体。
然后发现了第四种状态:等离子体状态。玻色-爱因斯坦凝聚物被认为是第五种状态。其特征是冷凝物中的粒子表现为一个大的量子系统,而不是像通常那样(一组独立的量子系统或一组原子)。
换句话说,可以说构成玻色-爱因斯坦凝聚物的整个原子集的行为就像是单个原子一样。
起源
像许多最近的科学发现一样,在没有任何经验记录之前,理论上已经推断出了冷凝物的存在。
因此,是阿尔伯特·爱因斯坦和萨蒂扬德拉·纳斯·玻色在1920年代的联合出版物中从理论上预测了这一现象,他们首先是针对光子,然后是假设的气态原子。
直到几十年前,才有可能证明其真实存在,当时有可能将样品冷却至足够低的温度,以验证所期望的方程式是正确的。
Satyendra Nath Bose
取得
玻色-爱因斯坦凝聚物是1995年由埃里克·康奈尔,卡洛·维曼和沃尔夫冈·凯特尔获得的,由于它们的存在,他们最终将分享2001年诺贝尔物理学奖。
为了获得玻色-爱因斯坦的冷凝物,他们诉诸于一系列原子物理实验技术,通过这种技术,他们设法使温度达到绝对绝对零以上的0.00000002开尔文(该温度远低于在外层空间中观察到的最低温度)。 。
埃里克·康奈尔(Eric Cornell)和卡洛·魏曼(Carlo Weiman)将这些技术用于由of原子组成的稀薄气体中。沃尔夫冈·凯特尔(Wolfgang Ketterle)随后不久就将它们施加在钠原子上。
玻色子
玻色子这个名字是为了纪念印度出生的物理学家萨蒂恩德拉·纳斯·玻色(Satyendra Nath Bose)。粒子物理学中考虑了两种基本类型的基本粒子:玻色子和费米子。
决定粒子是玻色子还是费米子的是粒子的自旋是整数还是半整数。最终,玻色子是负责传递费米子之间相互作用力的粒子。
只有玻色粒子才能具有这种状态的玻色-爱因斯坦冷凝物:如果冷却的粒子是费米子,那么所获得的称为费米液体。
之所以如此,是因为玻色子与费米子不同,不必满足保利排除原理,该原理规定两个相同的粒子不能同时处于相同的量子态。
所有原子都是同一个原子
在玻色-爱因斯坦凝聚物中,所有原子都是绝对相同的。这样,缩合物中的大多数原子处于相同的量子能级,下降到最低可能的能级。
通过共享相同的量子态并且全部具有相同的(最小)能量,原子是无法区分的,并且表现为单个“超原子”。
物产
所有原子都具有相同特性的事实需要一系列特定的理论特性:这些原子占据相同的体积,它们散射相同颜色的光,并形成均匀的介质等。
这些特性与理想激光器的特性相似,理想激光器发出(空间和时间上)均匀,单色的相干光,其中所有波和光子绝对相等,并沿相同方向移动,因此理想情况下不消散。
应用领域
这种新的物质状态提供的可能性很多,有些确实令人惊奇。在当前或正在开发中的玻色-爱因斯坦冷凝物最有趣的应用如下:
-它与原子激光器一起使用可创建高精度的纳米结构。
-检测重力场的强度。
-制造比现有时钟更精确和稳定的原子钟。
-用于研究某些宇宙学现象的小规模模拟。
-超流动性和超导电性的应用。
-从称为“慢光”或“慢光”的现象派生的应用;例如,在隐形传送或量子计算的有希望的领域。
-加深量子力学的知识,进行更复杂和非线性的实验,以及验证某些最近制定的理论。冷凝物提供了重现实验室光年以外发生的现象的可能性。
可以看出,玻色-爱因斯坦冷凝物不仅可以用于开发新技术,而且可以用于改进一些现有技术。
它们提供了很高的精度和可靠性,这是徒劳的,这是因为它们在原子场中的相位相干性,从而可以方便地控制时间和距离。
因此,玻色-爱因斯坦凝聚物可以像激光器本身一样具有革命性,因为它们具有许多共同的特性。然而,要发生的最大问题在于产生这些冷凝物的温度。
因此,困难在于获得它们的复杂性和昂贵的维护成本。由于所有这些原因,目前大多数努力主要集中在将其应用于基础研究中。
玻色-爱因斯坦凝聚态与量子物理学
玻色-爱因斯坦凝聚物存在的证明为研究非常多样化的地区中的新物理现象提供了重要的新工具。
毫无疑问,它在宏观层面上的连贯性促进了量子物理学定律的研究,理解和证明。
但是,要达到这种物质状态,温度必须接近绝对零,这是一个严重的缺陷,无法充分利用其令人难以置信的性能。
参考文献
- 玻色–爱因斯坦冷凝物(nd)。在维基百科上。于2018年4月6日从es.wikipedia.org检索。
- 玻色–爱因斯坦凝聚。(nd)在Wikipedia中。于2018年4月6日从en.wikipedia.org检索。
- 埃里克·康奈尔和卡尔·威曼(1998)。玻色-爱因斯坦缩合物,“研究与科学”。
- A. Cornell和CE Wieman(1998)。“玻色–爱因斯坦冷凝物”。科学美国人。
- 玻色子(nd)。在维基百科上。于2018年4月6日从es.wikipedia.org检索。
- 玻色子(nd)。在维基百科上。于2018年4月6日从en.wikipedia.org检索。