Kondensat Bosego-Einsteina
Kondensat Bosego-EinsteinaDane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego
stanu skupienia materii
, kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z
gazu
składającego się z
atomów
rubidu
. Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie
prędkości
– czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. Lewy: tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. Środkowy: zaraz po otrzymaniu kondensatu. Prawy: Po dalszym
parowaniu
pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby
zasada nieoznaczoności
: Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru
pędu
(prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż stała Kondensacja Bosego-Einsteina –
efekt kwantowy
zachodzący w układach podległych
rozkładowi Bosego-Einsteina
. W
temperaturach
niższych od temperatury krytycznej część cząstek (
bozonów
) przechodzi w zerowy
stan
pędowy – cząstki te mają identyczny
pęd
. Oznacza to, że w zerowej
objętości
przestrzeni pędów może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówimy wtedy o makroskopowym obsadzeniu
stanu podstawowego
. Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Należy podkreślić, że nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeniowej – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o "kondensację" cząstek w przestrzeni pędów – znaczna ilość cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek "skondensowanych" pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi
zjawisko nadciekłości
. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym
równaniem Grossa-Pitajewskiego
. Równanie to posiada rozwiązania
solitonowe
, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno "jasne" jak i "ciemne" rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – teorię Bogoliubowa. Zjawisko przewidziane przez
indyjskiego
fizyka
Satyendrę Natha Bosego
i
Alberta Einsteina
w
1924
, a po raz pierwszy zaobserwowane w
1995
dla rzadkiego, alkalicznego metalu –
rubidu
-87 (87Rb) – przez zespół badawczy z JILA w
Boulder
(
Kolorado
)
Erica Cornella
i
Carla Wiemana
[1]. Kondensat Bosego-Einsteina otrzymał również w tym samym czasie zespół
Wolfganga Ketterlego
z
MIT
, który zaobserwował kondensację
sodu
-23 (23Na)[2]. Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman za swoje pionierskie badania i otrzymanie po raz pierwszy kondensatu, w 2001 roku zostali nagrodzeni
Nagrodą Nobla
z fizyki. W przeciągu ostatnich lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich pierwiastków jak:
7Li
,
23Na
,
39K
, 41K,
85Rb
, 87Rb,
133Cs
,
52Cr
,
40Ca
,
84Sr
, 88Sr, and
174Yb
. Stosując technikę
magnetoasocjacji
w 2003 roku udało się otrzymać pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Cs2[3] i K2[4] odpowiednio), przy czym były to kondensaty słabo związanych cząsteczek Feshbacha. Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu[5]. Liczba cząstek znajdujących się w stanie podstawowym zależy od warunków fizycznych w jakich doprowadza się do kondensacji. Dla gazu swobodnego wzór jako pierwsi znaleźli właśnie Bose i Einstein, i ma on postać:
W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać:
gdzie: - N0 – liczba cząstek, która uległa kondensacji
- N – całkowita liczba cząstek
- T – temperatura kondensatu
- TC –
temperatura krytyczna
Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być oczywiście inny. Powyżej temperatury krytycznej nie ma makroskopowego obsadzenia stanu podstawowego i gaz zachowuje się prawie jak gaz doskonały z małymi poprawkami wynikającymi ze statystyki kwantowej. Zobacz teżPrzypisy- ↑ M.H. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, and E.A. Cornell. Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor. „Science”. 5221 (269), ss. 198 - 201 (Jul 1995).
doi:10.1126/science.269.5221.198
.
- ↑ K. B. Davis, M. -O. Mewes, M. R. Andrews, N. J. van Druten, D. S. Durfee, D. M. Kurn, and W. Ketterle. Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms. „Phys. Rev. Lett.”. 75, ss. 3969–3973 (Nov 1995).
doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969
.
- ↑ J. Herbig, T. Kraemer, M. Mark, T. Weber, C. Chin, H.-C. N¨agerl, and R. Grimm. Preparation of a Pure Molecular Quantum Gas. „Science”. 301(5639), ss. 1510 - 1513 (Aug 2003).
doi:10.1126/science.1088876
.
- ↑ M. Greiner, C. A. Regal, and D. S. Jin.. Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas. „Nature”. 426, ss. 537-540 (Dec 2003).
doi:doi:10.1038/nature02199
.
- ↑ W. Gawlik, W. Jastrzębski, A. Noga, J. Zachorowski, M. Zawada. Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina. „Postępy Fizyki”. 58(4), s. 156 (2007).
Inne hasła zawierające informacje o "Kondensat Bosego-Einsteina":
Fizyka teoretyczna
...
Theodor Svedberg
...
Gilbert Newton Lewis
...
Louis de Broglie
...
Zasada nieoznaczoności
...
Spektrometria mas
...
Otto Hahn
...
Lise Meitner
...
Równoważność masy i energii
...
Emisja spontaniczna
...
Inne lekcje zawierające informacje o "Kondensat Bosego-Einsteina":
Stechiometria wzorów i równań chemicznych (plansza 16)
...
203 Okres międzywojenny na świecie. Postęp techniczny i kryzys gospodarczy (plansza 2)
...
135 Nauka, technika i kultura przełomu XIX i XX wieku (plansza 6)
...
|