ต้นกำเนิด Bose-Einstein ย่อคุณสมบัติและการใช้งาน

Bose-Einstein คอนเดนเสท มันเป็นสถานะของสสารที่เกิดขึ้นในอนุภาคบางชนิดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับค่าสัมบูรณ์ เป็นเวลานานที่คิดว่าสถานะการรวมตัวของสสารที่เป็นไปได้เพียงสามสถานะเท่านั้นคือของแข็งของเหลวและก๊าซ.

จากนั้นรัฐที่สี่ถูกค้นพบ: พลาสม่า; และคอนเดนเสท Bose-Einstein ถือเป็นรัฐที่ห้า คุณสมบัติพิเศษคืออนุภาคคอนเดนเสททำตัวเป็นระบบควอนตัมขนาดใหญ่แทนที่จะทำตามปกติ (เป็นชุดของระบบควอนตัมเดี่ยวหรือเป็นกลุ่มของอะตอม).

อาจกล่าวได้ว่าอะตอมทั้งชุดที่ประกอบขึ้นเป็นคอนเดนเสทของโบส - ไอน์สไตน์ทำตัวราวกับเป็นอะตอมเดี่ยว.

ดัชนี

• 1 ต้นกำเนิด
• 2 การได้รับ
  • 2.1 The bosons
  • 2.2 อะตอมทั้งหมดเป็นอะตอมเดียวกัน
• 3 คุณสมบัติ
• 4 การใช้งาน
  • 4.1 ย่อ Bose-Einstein และฟิสิกส์ควอนตัม
• 5 อ้างอิง

แหล่ง

เช่นเดียวกับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดหลายอย่างการมีอยู่ของคอนเดนเสทถูกอนุมานตามหลักวิชาก่อนที่จะมีหลักฐานเชิงประจักษ์เกี่ยวกับการมีอยู่ของมัน.

ดังนั้นจึงเป็น Albert Einstein และ Satyendra Nath Bose ที่ทำนายทฤษฎีนี้ในการตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1920 พวกเขาทำเช่นนั้นเป็นครั้งแรกในกรณีของโฟตอนแล้วสำหรับกรณีของอะตอมก๊าซสมมุติฐาน.

การสาธิตการมีอยู่จริงของมันนั้นเป็นไปไม่ได้จนกระทั่งเมื่อไม่กี่สิบปีก่อนเมื่อมันเป็นไปได้ที่จะทำให้ตัวอย่างเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำพอที่จะพิสูจน์ว่าสมการที่คาดการณ์ไว้เป็นจริง.

การได้รับ

คอนเดนเสท Bose-Einstein ได้รับในปี 1995 โดย Eric Cornell, Carlo Wieman และ Wolfgang Ketterle ผู้ซึ่งต้องขอบคุณสิ่งนี้จะได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2544.

เพื่อให้บรรลุถึงคอนเดนเสท Bose-Einstein พวกเขาใช้เทคนิคการทดลองทางฟิสิกส์อะตอมโดยใช้อุณหภูมิ 0.00000002 องศาเคลวินเหนือศูนย์สัมบูรณ์สัมบูรณ์ (อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิต่ำสุดที่สังเกตได้ในอวกาศ).

Eric Cornell และ Carlo Weiman ใช้เทคนิคเหล่านี้ในก๊าซเจือจางซึ่งประกอบด้วยอะตอมรูบิเดียม ในส่วนของเขา Wolfgang Ketterle ได้ประยุกต์ใช้พวกเขาในเวลาสั้น ๆ ต่อมากับอะตอมโซเดียม.

โบซอน

ชื่อ boson ใช้เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ Satyendra Nath Bose นักฟิสิกส์ชาวอินเดีย ในฟิสิกส์ของอนุภาคอนุภาคมูลฐานสองชนิดได้รับการพิจารณา: bosons และ ferminions.

สิ่งที่กำหนดว่าอนุภาคเป็น boson หรือ fermion คือว่าการหมุนของมันเป็นจำนวนเต็มหรือครึ่งจำนวนเต็ม ในท้ายที่สุด bosons เป็นอนุภาคที่รับผิดชอบในการส่งแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟอร์มิออน.

มีเพียงอนุภาค bosonic เท่านั้นที่สามารถมีสถานะของ Bose-Einstein condensate นี้: ถ้าอนุภาคที่ถูกทำให้เย็นนั้นเป็น fermions สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นเรียกว่าของเหลว Fermi.

นี่เป็นเช่นนั้นเพราะ bosons ซึ่งแตกต่างจากเฟอร์มิออนไม่จำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักการกีดกันของ Pauli ซึ่งระบุว่าอนุภาคที่เหมือนกันสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกัน.

อะตอมทั้งหมดเป็นอะตอมเดียวกัน

ใน Bose-Einstein คอนเดนเสทอะตอมทั้งหมดมีค่าเท่ากัน ด้วยวิธีนี้อะตอมที่ควบแน่นส่วนใหญ่จะอยู่ในระดับควอนตัมเดียวกันจนถึงระดับพลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้.

ด้วยการแบ่งปันสถานะควอนตัมแบบเดียวกันนี้และมีพลังงาน (ขั้นต่ำ) เดียวกันทั้งหมดอะตอมนั้นแยกไม่ออกและทำตัวเป็น "superatom" เดี่ยว.

สรรพคุณ

ความจริงที่ว่าอะตอมทั้งหมดมีคุณสมบัติเหมือนกันสมมติว่ามีชุดของคุณสมบัติทางทฤษฎีที่กำหนด: อะตอมครอบครองปริมาตรเดียวกันกระจายแสงที่มีสีเดียวกันและเป็นสื่อกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันในลักษณะอื่น ๆ.

คุณสมบัติเหล่านี้คล้ายกับเลเซอร์ในอุดมคติซึ่งเปล่งแสงที่สอดคล้องกัน (เชิงพื้นที่และชั่วขณะ), สม่ำเสมอ, monochromatic, ซึ่งคลื่นและโฟตอนทั้งหมดเท่ากันและเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน สลาย.

การใช้งาน

ความเป็นไปได้ที่นำเสนอโดยสถานะใหม่ของสสารนี้มีจำนวนมากบางอันน่าทึ่งจริงๆ ในปัจจุบันหรือกำลังพัฒนาการใช้งานที่น่าสนใจที่สุดของ Bose-Einstein คอนเดนเสทมีดังนี้:

- ใช้ร่วมกับเลเซอร์อะตอมเพื่อสร้างโครงสร้างนาโนที่มีความแม่นยำสูง.

- การตรวจจับความเข้มสนามแรงโน้มถ่วง.

- การผลิตนาฬิกาอะตอมแม่นยำและเสถียรกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน.

- แบบจำลองในขนาดเล็กสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์บางอย่าง.

- การประยุกต์ของ superfluidity และ superconductivity.

- การใช้งานที่ได้มาจากปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อ แสงช้า หรือแสงช้า; ยกตัวอย่างเช่นใน teleportation หรือในอนาคตของการคำนวณควอนตัม.

- เพิ่มความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นดำเนินการทดลองที่ซับซ้อนและไม่เป็นเชิงเส้นมากขึ้นรวมถึงการตรวจสอบทฤษฎีบางสูตรเมื่อไม่นานมานี้ คอนเดนเสทนำเสนอความเป็นไปได้ในการสร้างปรากฏการณ์ในห้องปฏิบัติการที่เกิดขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา.

อย่างที่คุณเห็น Bose-Einstein สามารถใช้คอนเดนเสทได้ไม่เพียง แต่จะพัฒนาเทคนิคใหม่ ๆ แต่ยังรวมถึงเทคนิคที่สมบูรณ์แบบที่มีอยู่แล้ว.

ไม่ได้ไร้ประโยชน์พวกเขามีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากการเชื่อมโยงเฟสของพวกเขาในสนามปรมาณูซึ่งอำนวยความสะดวกในการควบคุมที่ดีของเวลาและระยะทาง.

ดังนั้นคอนเดนเสทของ Bose-Einstein อาจกลายเป็นการปฏิวัติเหมือนเลเซอร์เนื่องจากมันมีคุณสมบัติเหมือนกันหลายประการ อย่างไรก็ตามปัญหาใหญ่ที่ทำให้เกิดปัญหานี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เกิดการควบแน่น.

ดังนั้นความยากอยู่ที่ความซับซ้อนในการรับและบำรุงรักษาที่มีราคาแพง ดังนั้นความพยายามส่วนใหญ่ในปัจจุบันจึงมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์การวิจัยขั้นพื้นฐานเป็นหลัก.

ย่อ Bose-Einstein และฟิสิกส์ควอนตัม

การสาธิตการมีอยู่ของคอนเดนเสท Bose-Einstein ได้เสนอเครื่องมือใหม่และสำคัญสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ในพื้นที่ที่หลากหลาย.

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการเชื่อมโยงกันในระดับมหภาคนั้นช่วยอำนวยความสะดวกในการศึกษาทำความเข้าใจและสาธิตกฎของฟิสิกส์ควอนตัม.

อย่างไรก็ตามความจริงที่ว่าอุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์มีความจำเป็นต่อการบรรลุสถานะของสสารนี้คือความไม่สะดวกอย่างร้ายแรงที่จะได้รับประโยชน์สูงสุดจากคุณสมบัติที่เหลือเชื่อ.

การอ้างอิง

1. คอนเดนเสทของ Bose-Einstein (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
2. Bose-Einstein คอนเดนเสท (n.d. ) ใน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell และ Carl Wieman (1998) ย่อ Bose-Einstein "การวิจัยและวิทยาศาสตร์".
4. A. Cornell และ C. E. Wieman (1998) "The Bose-Einstein condenste". วิทยาศาสตร์อเมริกัน.
5. Bosón (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
6. Boson (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.