Συμπύκνωμα Μπόζε-Αϊνστάιν
Το συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC) είναι αυτό που συμβαίνει σε ένα αραιό αέριο όταν αυτό ψύχεται πολύ, κοντά στο απόλυτο μηδέν (0 Κ που αντιστοιχεί σε -273 °C ή -459,67 °F). Σχηματίζεται όταν τα σωματίδια που το αποτελούν έχουν πολύ χαμηλή ενέργεια. Μόνο μποζόνια μπορούν να δημιουργήσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein. Το αέριο έχει εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα, περίπου το ένα εκατοστό της πυκνότητας του κανονικού αέρα.
Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια αλλαγή κατάστασης. Όταν η ύλη βρίσκεται στην κατάσταση BEC έχει μηδενικό ιξώδες. Η υπερρευστότητα και η υπεραγωγιμότητα συνδέονται στενά με την κατάσταση BEC της ύλης.
Θεωρία
Τα σωματίδια έχουν ενέργεια. Μπορεί να έχουν πολλή ενέργεια και να αναπηδούν άγρια όπως τα αέρια, να έχουν λιγότερη ενέργεια και να ρέουν όπως τα υγρά ή να έχουν ακόμη λιγότερη ενέργεια όπως τα στερεά. Αν αφαιρέσετε αρκετή από την ενέργεια του σωματιδίου, θα φτάσετε στην πιο μικρή ή στην ελάχιστη δυνατή ποσότητα ενέργειας. Αυτό είναι ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein. Αυτό κάνει όλα τα σωματίδια ακριβώς ίδια και αντί να αναπηδούν τυχαία προς όλες τις διαφορετικές κατευθύνσεις, αναπηδούν όλα πάνω και κάτω με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, σχηματίζοντας κάτι που ονομάζεται "γιγαντιαίο κύμα ύλης".
Ιστορία
Το συμπύκνωμα Bose-Einstein προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Satyendra Nath Bose και τον Albert Einstein το 1924-25. Εβδομήντα χρόνια αργότερα, η ύπαρξή του αποδείχθηκε. Οι Eric Cornell και Carl Wieman έφτιαξαν το πρώτο συμπύκνωμα Bose-Einstein το 1995 στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο. Ο Cornell, ο Wieman,και ο Wolfgang Ketterle στο MIT έλαβαν τότε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2001.
Πειράματα
Συνήθως για να γίνει κάτι αρκετά κρύο ώστε να δημιουργηθεί συμπύκνωμα Bose-Einstein πρέπει πρώτα να παγιδεύσετε το μποζόνιο χρησιμοποιώντας μαγνήτες και στη συνέχεια, αναπηδώντας με λέιζερ πάνω τους, να αφαιρέσετε όλη την ενέργειά τους (ψύξη με λέιζερ). Αυτό δεν κάνει ακόμα τα πράγματα αρκετά κρύα. Μερικά από τα σωματίδια θα εξακολουθούν να αναπηδούν πολύ, και μόνο μερικά θα ξαπλώνουν όμορφα. Στη συνέχεια, το μαγνητικό πεδίο μειώνεται σιγά-σιγά για να αφήσει τα σωματίδια που αναπηδούν ταχύτερα να βγουν έξω. Αυτό μας αφήνει μόνο με τα πιο ψυχρά και αργά άτομα στο εσωτερικό.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι το συμπύκνωμα Μπόζε-Αϊνστάιν;
A: Το συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια κατάσταση ύλης που εμφανίζεται όταν ένα αραιωμένο αέριο γίνεται εξαιρετικά ψυχρό, κοντά στο απόλυτο μηδέν, και τα σωματίδια που το αποτελούν έχουν πολύ χαμηλή ενέργεια. Μόνο μποζόνια μπορούν να δημιουργήσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein.
Ερ: Σε ποια θερμοκρασία σχηματίζεται ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein;
A: Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein σχηματίζεται όταν ένα αραιωμένο αέριο γίνεται πολύ ψυχρό, κοντά στο απόλυτο μηδέν, που ισούται με -273,15 °C ή -459,67°F.
Ερ: Ποιοι τύποι σωματιδίων μπορούν να σχηματίσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein;
Α: Μόνο μποζόνια μπορούν να δημιουργήσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein.
Ερ: Ποια είναι η πυκνότητα ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein;
Α: Η πυκνότητα ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein είναι περίπου το ένα εκατοστό της πυκνότητας του κανονικού αέρα.
Ερ: Είναι ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein μια αλλαγή κατάστασης;
Α: Ναι, το συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια αλλαγή κατάστασης.
Ερ: Ποιο είναι το ιξώδες της ύλης στην κατάσταση BEC;
Α: Όταν η ύλη βρίσκεται στην κατάσταση BEC έχει μηδενικό ιξώδες.
Ερ: Ποια είναι η σχέση μεταξύ της υπερρευστότητας, της υπεραγωγιμότητας και της κατάστασης BEC της ύλης;
Α: Η υπερρευστότητα και η υπεραγωγιμότητα συνδέονται στενά με την κατάσταση BEC της ύλης.
