Kondensat Bosego-Einsteina

Kondensacja Bosego-Einsteina

Kondensacja Bosego-Einsteina (BEC) to efekt kwantowy, który zachodzi w układach składających się z bozonów. Przy temperaturach poniżej krytycznej część cząstek przechodzi w zerowy stan pędowy, co oznacza, że mają one identyczny pęd. Efektem tego zjawiska jest kolektywne zachowanie cząstek, które w przestrzeni pędów mogą mieć taki sam pęd, mimo że nie znajdują się w jednym miejscu.

W BEC zachodzi zjawisko nadciekłości, a jego opis matematyczny oparty jest na równaniu Grossa-Pitajewskiego, które ma zastosowanie w badaniach eksperymentalnych.

Historia

Efekt kondensacji Bosego-Einsteina został przewidziany przez Satyendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w 1924 roku, a po raz pierwszy zaobserwowany w 1995 roku przez zespół z JILA w Boulder, który otrzymał kondensat rubidu-87. W tym samym czasie kondensację sodu-23 zaobserwował zespół z MIT. Pionierzy badań, Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman, zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 2001 roku.

Oprócz rubidu-87, w kolejnych latach uzyskano kondensaty z innych izotopów, takich jak lit-7, sód-23, potas-39, potas-41 oraz cezu-133. W 2003 roku po raz pierwszy uzyskano kondensaty cząsteczkowe, stosując technikę magnetoasocjacji.

W Polsce pierwszy kondensat rubidu-87 został stworzony 2 marca 2007 roku w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu.

Ujęcie matematyczne

Liczba cząstek w stanie podstawowym w gazie swobodnym opisana jest równaniem:

$N\_0\; =\; N\; \backslash left[1\; –\; \backslash left(\; \backslash frac\{T\}\{T\_C\}\; \backslash right)^\backslash frac\{3\}\{2\}\; \backslash right].$

W układzie w pułapce harmonicznej równanie przyjmuje formę:

$N\_0\; =\; N\; \backslash left[1\; –\; \backslash left(\; \backslash frac\{T\}\{T\_C\}\; \backslash right)^3\; \backslash right],$
gdzie:

• $N\_0$ – liczba cząstek w stanie kondensacji,
• $N$ – całkowita liczba cząstek,
• $T$ – temperatura kondensatu,
• $T\_C$ – temperatura krytyczna.

Powyżej temperatury krytycznej nie występuje makroskopowe obsadzenie stanu podstawowego, a gaz zachowuje się jak gaz doskonały.

Kondensacja Bosego-Einsteina w kulturze

• Film (2016) – proces kondensacji Bosego-Einsteina jest używany jako wyjaśnienie podstaw powstawania zjawisk mitycznych.

Linki zewnętrzne

• Artykuł o różnych formach kondensatu, w tym kroplach i supersolidach.