คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ (BEC) , สถานะของสสารที่แยกอะตอมหรืออนุภาคย่อย ถูกทำให้เย็นลงจนใกล้ ศูนย์สัมบูรณ์ (0 ถึง , − 273.15 °C หรือ − 459.67 °F; K = เคลวิน) รวมเข้าด้วยกันเป็นเอนทิตีทางกลควอนตัมเดียว—นั่นคือ สิ่งหนึ่งที่สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันคลื่น—ในระดับใกล้ระดับมหภาค รูปแบบของสสารนี้ถูกทำนายในปี 1924 โดย Albert Einstein บนพื้นฐานของ ควอนตัม สูตรของนักฟิสิกส์ชาวอินเดีย Satyendra Nath Bose
แม้ว่าจะมีการคาดการณ์มานานหลายทศวรรษ แต่ BEC อะตอมตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1995 เมื่อ Eric Cornell และ Carl Wieman จาก JILA สถาบันวิจัยที่ดำเนินการโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) และมหาวิทยาลัยโคโลราโดที่โบลเดอร์ , ทำให้ก๊าซของอะตอมรูบิเดียมเย็นลงเหลือ 1.7 × 10−7K เหนือศูนย์สัมบูรณ์ พร้อมด้วย Wolfgang Ketterle จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ผู้สร้าง BEC ด้วย โซเดียม อะตอม นักวิจัยเหล่านี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2544 การวิจัยเกี่ยวกับ BEC ได้ขยายความเข้าใจเกี่ยวกับควอนตัม ฟิสิกส์ และได้นำไปสู่การค้นพบผลทางกายภาพใหม่
ทฤษฎี BEC ย้อนกลับไปในปี 1924 เมื่อ Bose พิจารณาว่ากลุ่มโฟตอนมีพฤติกรรมอย่างไร โฟตอนเป็นหนึ่งในสองชั้นที่ยอดเยี่ยมของอนุภาคมูลฐานหรือ submicroscopic ที่กำหนดโดยว่าสปินควอนตัมของพวกมันเป็น nonnegative หรือไม่ จำนวนเต็ม (0, 1, 2, …) หรือจำนวนเต็มคี่ (1/2, 3/2, …) ประเภทแรกเรียกว่า โบซอน รวมถึงโฟตอนซึ่งมีการหมุนเป็น 1 ประเภทหลังเรียกว่า เฟอร์มิออน รวมถึงอิเล็กตรอน ซึ่งมีสปินเท่ากับ 1/2
ดังที่ Bose ได้กล่าวไว้ ทั้งสองคลาสมีพฤติกรรมต่างกัน ( ดู สถิติ Bose-Einstein และ Fermi-Dirac) ตามหลักการกีดกันของ Pauli เฟอร์มิออนมักจะหลีกเลี่ยงซึ่งกันและกัน ด้วยเหตุนี้ อิเล็กตรอนแต่ละตัวในกลุ่มจึงมีสถานะควอนตัมที่แยกจากกัน (ระบุด้วยเลขควอนตัมที่ต่างกัน เช่น พลังงานของอิเล็กตรอน) ในทางตรงกันข้าม โบซอนจำนวนไม่จำกัดสามารถมีสถานะพลังงานเดียวกันและใช้สถานะควอนตัมเดียวร่วมกันได้
ในไม่ช้า Einstein ได้ขยายงานของ Bose เพื่อแสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิต่ำมาก อะตอมโบโซนิกที่มีการหมุนแม้กระทั่งจะรวมตัวกันเป็นสถานะควอนตัมที่ใช้ร่วมกันด้วยพลังงานที่ต่ำที่สุด วิธีการที่จำเป็นในการผลิตอุณหภูมิต่ำพอที่จะทดสอบการคาดการณ์ของไอน์สไตน์ไม่สามารถทำได้จนถึงปี 1990 ความก้าวหน้าอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับเทคนิคใหม่ของการทำความเย็นและการดักจับด้วยเลเซอร์ ซึ่งความดันการแผ่รังสีของลำแสงเลเซอร์จะเย็นลงและปรับอะตอมให้อยู่ในตำแหน่งที่จำกัดโดยการทำให้ช้าลง (สำหรับงานนี้ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Claude Cohen-Tannoudji และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Steven Chu และ William D. Phillips ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1997) ความก้าวหน้าครั้งที่สองขึ้นอยู่กับการปรับปรุงในการกักขังแม่เหล็กเพื่อยึดอะตอมไว้โดยไม่มีวัสดุ ภาชนะ การใช้เทคนิคเหล่านี้ Cornell และ Wieman ประสบความสำเร็จในการรวมอะตอมประมาณ 2,000 อะตอมให้เป็น superatom ซึ่งเป็นคอนเดนเสทที่มีขนาดใหญ่พอที่จะสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งแสดงคุณสมบัติควอนตัมที่แตกต่างกัน ตามที่ Wieman บรรยายถึงความสำเร็จนี้ เราได้นำมันมาสู่ระดับที่เกือบจะเป็นมนุษย์ เราสามารถสะกิดมัน แหย่มัน และดูสิ่งนี้ในแบบที่ไม่เคยมีใครทำได้มาก่อน
BEC เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์อุณหภูมิต่ำที่น่าทึ่งสองประการ: superfluidity ซึ่งไอโซโทปฮีเลียมแต่ละตัว3เขาและ4เขาสร้างของเหลวที่ไหลด้วยศูนย์ แรงเสียดทาน ; และตัวนำยิ่งยวด ซึ่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวัสดุที่มีค่าศูนย์ ความต้านทานไฟฟ้า .4อะตอมของเขาเป็นโบซอนและถึงแม้ว่า3อะตอมและอิเล็กตรอนเป็นเฟอร์มิออน พวกมันยังสามารถรับ Bose . ได้ การควบแน่น หากจับคู่กับสปินที่ตรงกันข้ามเพื่อสร้างสถานะ bosonlike โดยมีสปินสุทธิเป็นศูนย์ ในปี 2546 Deborah Jin และเพื่อนร่วมงานของเธอที่ JILA ใช้ fermions ที่จับคู่กันเพื่อสร้างคอนเดนเสทอะตอมมิกตัวแรก
การวิจัยของบีอีซีทำให้เกิดฟิสิกส์ของอะตอมและออปติคัลแบบใหม่ เช่น เลเซอร์อะตอมที่ Ketterle แสดงให้เห็นในปี พ.ศ. 2539 เลเซอร์แสงแบบธรรมดาจะปล่อยลำแสง สอดคล้องกัน โฟตอน; พวกเขาทั้งหมดอยู่ใน เฟส และสามารถโฟกัสไปยังจุดสว่างที่เล็กมาก ในทำนองเดียวกัน เลเซอร์อะตอมจะสร้างลำแสงอะตอมที่สอดคล้องกันซึ่งสามารถโฟกัสที่ความเข้มสูงได้ การใช้งานที่เป็นไปได้รวมถึงนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำยิ่งขึ้นและ ปรับปรุงแล้ว เทคนิคการทำชิปอิเล็กทรอนิกส์หรือ วงจรรวม .
คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของ BEC คือสามารถชะลอแสงได้ ในปี 1998 Lene Hau จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและเพื่อนร่วมงานของเธอชะลอแสงที่เดินทางผ่าน BEC จากความเร็วของมันในสุญญากาศ 3 × 108เมตรต่อวินาที เหลือเพียง 17 เมตรต่อวินาที หรือประมาณ 38 ไมล์ต่อชั่วโมง ตั้งแต่นั้นมา Hau และคนอื่นๆ ได้หยุดและเก็บชีพจรของแสงไว้ภายใน BEC โดยสมบูรณ์ ภายหลังปล่อยแสงโดยไม่เปลี่ยนแปลงหรือส่งไปยัง BEC ที่สอง การปรับแต่งเหล่านี้ถือเป็นคำมั่นสัญญาสำหรับประเภทแสงใหม่ โทรคมนาคม , การจัดเก็บด้วยแสง ของข้อมูลและการคำนวณควอนตัม แม้ว่าข้อกำหนดอุณหภูมิต่ำของ BEC จะมีปัญหาในทางปฏิบัติ
Copyright © สงวนลิขสิทธิ์ | asayamind.com