Boze-Ajnštajnov kondenzat

Shematični prikaz Boze-Ajnštajnove kondenzacije

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).

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]

Opis

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]

Istorija

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 (4He), 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 NIST–JILA, 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 još

Boze-Ajnštajnova statistika

Reference

^ „Boze-Ajnštajnov kondenzat”. 2018.
^ „Lene Hau”. www.physicscentral.com. Pristupljeno 1. 1. 2017.
^ S. N. Bose (1924). „Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese”. Zeitschrift für Physik. 26 (1): 178—181. Bibcode:1924ZPhy...26..178B. doi:10.1007/BF01327326.
^ „Leiden University Einstein archive”. Lorentz.leidenuniv.nl. 1920. Pristupljeno 23. 3. 2011.
^ A. Einstein (1925). „Quantentheorie des einatomigen idealen Gases”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1: 3.
^ Clark, Ronald W. (1971). Einstein: The Life and Times. Avon Books. str. 408—409. ISBN 978-0-380-01159-9.
^ 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.
^ London, F. Superfluids Vol.I and II, (reprinted New York: Dover 1964)
^ Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter, NIST, 9 October 2001
^ 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. g. Pristupljeno 26. 1. 2008.
^ 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.

Literatura

S. N. Bose (1924). „Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese”. Zeitschrift für Physik. 26 (1): 178—181. Bibcode:1924ZPhy...26..178B. doi:10.1007/BF01327326.
A. Einstein (1925). „Quantentheorie des einatomigen idealen Gases”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1: 3. ,
L. D. Landau (1941). „The theory of Superfluity of Helium 111”. J. Phys. USSR. 5: 71—90.
L. D. Landau (1941). „Theory of the Superfluidity of Helium II”. Physical Review. 60 (4): 356—358. Bibcode:1941PhRv...60..356L. doi:10.1103/PhysRev.60.356.
M. H. Anderson; J. R. Ensher; M. R. Matthews; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1995). „Observation of Bose–Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor”. Science. 269 (5221): 198—201. Bibcode:1995Sci...269..198A. JSTOR 2888436. PMID 17789847. doi:10.1126/science.269.5221.198.
C. Barcelo; S. Liberati & M. Visser (2001). „Analogue gravity from Bose–Einstein condensates”. Classical and Quantum Gravity. 18 (6): 1137—1156. Bibcode:2001CQGra..18.1137B. arXiv:gr-qc/0011026 . doi:10.1088/0264-9381/18/6/312.
P. G. Kevrekidis; R. Carretero-González; D. J. Frantzeskakis & I. G. Kevrekidis (2004). „Vortices in Bose–Einstein Condensates: Some Recent Developments”. Mod. Phys. Lett. B. 18 (30): 1481—1505. Bibcode:2004MPLB...18.1481K. arXiv:cond-mat/0501030 . doi:10.1142/S0217984904007967.
K.B. Davis; M.-O. Mewes; M.R. Andrews; N.J. van Druten; D.S. Durfee; D.M. Kurn & W. Ketterle (1995). „Bose–Einstein condensation in a gas of sodium atoms”. Phys. Rev. Lett. 75 (22): 3969—3973. Bibcode:1995PhRvL..75.3969D. PMID 10059782. doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969. Arhivirano iz originala 01. 04. 2019. g. Pristupljeno 01. 04. 2019. .
D. S. Jin; J. R. Ensher; M. R. Matthews; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1996). „Collective Excitations of a Bose–Einstein Condensate in a Dilute Gas”. Phys. Rev. Lett. 77 (3): 420—423. Bibcode:1996PhRvL..77..420J. PMID 10062808. doi:10.1103/PhysRevLett.77.420.
M. R. Andrews; C. G. Townsend; H.-J. Miesner; D. S. Durfee; D. M. Kurn & W. Ketterle (1997). „Observation of interference between two Bose condensates”. Science. 275 (5300): 637—641. PMID 9005843. doi:10.1126/science.275.5300.637. Arhivirano iz originala 12. 10. 2000. g. Pristupljeno 26. 10. 2017. .
E. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). „The Bose–Einstein condensate”. Scientific American. 278 (3): 40—45. Bibcode:1998SciAm.278c..40C. doi:10.1038/scientificamerican0398-40.
M. R. Matthews; B. P. Anderson; P. C. Haljan; D. S. Hall; C. E. Wieman & E. A. Cornell (1999). „Vortices in a Bose–Einstein condensate”. Phys. Rev. Lett. 83 (13): 2498—2501. Bibcode:1999PhRvL..83.2498M. arXiv:cond-mat/9908209 . doi:10.1103/PhysRevLett.83.2498.
E. A. Donley; N. R. Claussen; S. L. Cornish; J. L. Roberts; E. A. Cornell & C. E. Wieman (2001). „Dynamics of collapsing and exploding Bose–Einstein condensates”. Nature. 412 (6844): 295—299. Bibcode:2001Natur.412..295D. PMID 11460153. arXiv:cond-mat/0105019 . doi:10.1038/35085500.
A. G. Truscott; K. E. Strecker; W. I. McAlexander; G. B. Partridge & R. G. Hulet (2001). „Observation of Fermi Pressure in a Gas of Trapped Atoms”. Science. 291 (5513): 2570—2572. Bibcode:2001Sci...291.2570T. PMID 11283362. doi:10.1126/science.1059318.
M. Greiner; O. Mandel; T. Esslinger; T. W. Hänsch & I. Bloch (2002). „Quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator in a gas of ultracold atoms”. Nature. 415 (6867): 39—44. Bibcode:2002Natur.415...39G. PMID 11780110. doi:10.1038/415039a. .
S. Jochim; M. Bartenstein; A. Altmeyer; G. Hendl; S. Riedl; C. Chin; J. Hecker Denschlag & R. Grimm (2003). „Bose–Einstein Condensation of Molecules”. Science. 302 (5653): 2101—2103. Bibcode:2003Sci...302.2101J. PMID 14615548. doi:10.1126/science.1093280.
M. Greiner; C. A. Regal & D. S. Jin (2003). „Emergence of a molecular Bose−Einstein condensate from a Fermi gas”. Nature. 426 (6966): 537—540. Bibcode:2003Natur.426..537G. PMID 14647340. doi:10.1038/nature02199.
M. W. Zwierlein; C. A. Stan; C. H. Schunck; S. M. F. Raupach; S. Gupta; Z. Hadzibabic & W. Ketterle (2003). „Observation of Bose–Einstein Condensation of Molecules”. Phys. Rev. Lett. 91 (25): 250401. Bibcode:2003PhRvL..91y0401Z. PMID 14754098. arXiv:cond-mat/0311617 . doi:10.1103/PhysRevLett.91.250401.
C. A. Regal; M. Greiner & D. S. Jin (2004). „Observation of Resonance Condensation of Fermionic Atom Pairs”. Phys. Rev. Lett. 92 (4): 040403. Bibcode:2004PhRvL..92d0403R. PMID 14995356. arXiv:cond-mat/0401554 . doi:10.1103/PhysRevLett.92.040403.
C. J. Pethick and H. Smith, Bose–Einstein Condensation in Dilute Gases, Cambridge University Press, Cambridge, 2001.
Lev P. Pitaevskii and S. Stringari, Bose–Einstein Condensation, Clarendon Press, Oxford, 2003.
M. Mackie; K. A. Suominen & J. Javanainen (2002). „Mean-field theory of Feshbach-resonant interactions in 85Rb condensates”. Phys. Rev. Lett. 89 (18): 180403. Bibcode:2002PhRvL..89r0403M. PMID 12398586. arXiv:cond-mat/0205535 . doi:10.1103/PhysRevLett.89.180403.

Spoljašnje veze

Bose–Einstein Condensation 2009 Conference Bose–Einstein Condensation 2009 – Frontiers in Quantum Gases
BEC Homepage General introduction to Bose–Einstein condensation
Nobel Prize in Physics 2001 – for the achievement of Bose–Einstein condensation in dilute gases of alkali atoms, and for early fundamental studies of the properties of the condensates
-last1= -
Bose–Einstein condensates at JILA Архивирано на сајту Wayback Machine (17. април 2014)
Atomcool at Rice University
Alkali Quantum Gases at MIT
Atom Optics at UQ
Einstein's manuscript on the Bose–Einstein condensate discovered at Leiden University
Bose–Einstein condensate on arxiv.org
Bosons – The Birds That Flock and Sing Together Архивирано на сајту Wayback Machine (4. март 2016)
Easy BEC machine Архивирано на сајту Wayback Machine (24. фебруар 2014) – information on constructing a Bose–Einstein condensate machine.
Verging on absolute zero – Cosmos Online Архивирано на сајту Wayback Machine (22. новембар 2008)
Lecture by W Ketterle at MIT in 2001
Bose–Einstein Condensation at NIST – NIST resource on BEC

[1] „Boze-Ajnštajnov kondenzat”. 2018.

[2] „Lene Hau”. www.physicscentral.com. Pristupljeno 1. 1. 2017.

[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. 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.

[London:1938-7] 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. g. Pristupljeno 26. 1. 2008.

[Klaers:2010-11] 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Normativna kontrola
Državne	Španija Francuska BnF podaci Nemačka Izrael Sjedinjene Države
Ostale	Enciklopedija Britanika IdRef