Bose–Einsteinov kondenzat

Boze-Ajnštajnov kondenzat (engl. BAC) se smatra petim agregatnim stanjem supstancije, pored tečnosti, gasova, čvrstog stanja i plazme. Boze-Ajnštajnov kondenzat se dobija hlađenjem vrlo razređenog gasa bozonskih čestica do temperature koja je veoma bliska apsolutnoj nuli (-273,15 °C odnosno 0K).

Shematični prikaz Boze-Ajnštajnove kondenzacije

Boze-Ajnštajnov kondenzat su teorijski predvideli Satjendra Boze i Albert Ajnštan oko 1924/25. godine, a prvi takav sistem je eksperimentalno pronađen u razređenim gasovima alkalnih atoma 1995. godine, za šta su fizičari Erik Kornel, Volfgang Keterle i Karl Viman dobili Nobelovu nagradu za fiziku 2001. godine.[1]

OpisUredi

Boze-Ajnštajnov kondenzat nastaje hlađenjem gasa izuzetno niske gustine (oko sto hiljaditog dela gustine normalnog vazduha) do veoma niskih temperatura bliskih temperaturi apsolutne nule. Smanjenjem temperature atoma, smanjuje se njihova kinetička energija. Na temperaturi apsolutne nule, njima ne preostaje baš nikakva energija za kretanje i oni mogu da zauzimaju samo najniže energetsko kvantno stanje. Za razliku od fermiona koji moraju da zadovoljavaju Paulijev princip isključenja, taj princip se ne odnosi na bozonske čestice (kao što su atomi, fotoni, itd.), te će se na temperaturi apsolutne nule svi bozoni naći u potpuno istom kvantnom stanju, gde će se tretirati kao apsolutno nerazlučive identične čestice u skladu sa Boze-Ajnštajnovom statistikom koju bozoni kao čestice zadovoljavaju. Pošto će se veliki broj bozona naći u potpuno istom kvantnom stanju, sistem će ispoljiti makroskopske efekte.

Usled jedinstvene osobine kondenzata, Len Hau pokazala je da svetlost može biti zaustavljena ili značajno usporena od 17 metara u sekundi, što dovodi do izuzetno viskokog indeksa prelamanja.[2]

IstorijaUredi

 
Podaci o raspodeli brzine (3 prikaza) gasa atoma rubidijuma, čime se potvrđuje otkriće nove faze materije, Boze–Ajnštajnovog kondenzata. Levo: neposredno pre pojave Boze–Ajnštajnovog kondenzata. Centar: neposredno nakon pojave kondenzata. Desno: nakon daljeg isparavanja, ostavljajući uzorak skoro čistog kondenzata.

Boze je prvi formulisao ideju o svetlosnom kvantu, koji se sada zove foton, tako što je izveo Plankov zakon kvantne radijacije bez korišćenja klasične fizike, a nakon toga tu ideju preuzima i Ajnštajn. Ajnštajn je bio impresioniran, preveo je Bozeov rad sa engleskog na nemački jezik i objavio ga u časopisu Zeitschrift für Physik 1924. godine.[3] (Verovalo se da je Ajnštajnov rukopis bio izgubljen, ali je pronađen u biblioteci Lajdenskog univerziteta 2005. godine.)[4] Ajnštajn je zatim proširio Bozeove ideje na materiju u dva druga članka.[5][6] Rezultat njihovih napora je koncept Bozeovog gasa, u kome važi Boze-Ajnštajnova statistika, kojom se opisuje statistička distribucija identičnih čestica sa celobrojnim spinom, sada zvanim bozoni. Bozonima, koji obuhvataju foton, kao i atome kao što je helijum-4 (Šablon:SimpleNuclide), dozvoljeno je da dele kvantno stanje. Ajnštajn je predložio da bi hlađenje bosonskih atoma na veoma nisku temperaturu prouzrokovalo da padnu (ili da se „kondenzuju”) u najniže dostupno kvantno stanje, što dovodi do novog oblika materije.

Godine 1938. Fric London predložio je Boze-Ajnštajnov kondenzat kao mehanizam superfluidnosti za 4He i za superprovodnost.[7][8]

Dana 5. juna 1995. godine, prvi gasoviti kondenzat su proizveli Erik Kornel i Karl Viman na Univerzitetu Kolorada u Bolderu u laboratoriji NISTJILA, u gasu atoma rubidijuma ohlađenog na 170 nanokelvina (nK).[9] Ubrzo nakon toga, Volfgang Keterle sa MIT je demonstrirao važna svojstva kondenzata. Za njihova dostignuća Kornel, Viman i Keterle su dobili Nobelovu nagradu za fiziku 2001. godine.[10]

Mnogi izotopi su uskoro kondenzovani, zatim molekuli, kvazi-čestice i fotoni 2010. godine.[11]

Vidi jošUredi

ReferenceUredi

  1. "Boze-Ajnštajnov kondenzat". 2018. https://www.livescience.com/54667-bose-einstein-condensate.html. 
  2. "Lene Hau". http://www.physicscentral.com/explore/people/hau.cfm. 
  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. http://www.lorentz.leidenuniv.nl/history/Einstein_archive/. Pristupljeno 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. str. 408–409. ISBN 978-0-380-01159-9. 
  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. Arhivirano iz originala 24. 10. 2007. https://archive.is/20071024134547/http://www.physicstoday.org/pt/vol-54/iss-12/p14.html. Pristupljeno 26. 1. 2008. 
  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. 

LiteraturaUredi

Spoljašnje vezeUredi