BOSE-EINSTEIN YOĞUNLAŞMASI: ÖZELLIKLERI VE UYGULAMALARI - FIZIKSEL - 2025

Bose-Einstein yoğunlaşması mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda belirli parçacıkların meydana maddenin bir durumudur. Uzun bir süre, maddenin yalnızca üç olası kümelenme durumunun katı, sıvı ve gaz olduğu düşünülüyordu.

Sonra dördüncü durum keşfedildi: plazma durumu; ve Bose-Einstein yoğunlaşması beşinci durum olarak kabul edilir. Karakteristik özellik, yoğuşma sıvısındaki parçacıkların genellikle yaptıkları gibi (bir dizi ayrı kuantum sistemi veya bir atom grubu olarak) yerine büyük bir kuantum sistemi gibi davranmasıdır.

Başka bir deyişle, Bose-Einstein yoğunlaşmasını oluşturan atom setinin tamamının tek bir atommuş gibi davrandığı söylenebilir.

Menşei

Daha yeni bilimsel keşiflerin çoğu gibi, yoğuşmanın varlığı da varlığının ampirik kanıtı olmadan önce teorik olarak çıkarıldı.

Bu nedenle, 1920'lerde ortak bir yayında bu fenomeni teorik olarak öngören Albert Einstein ve Satyendra Nath Bose idi.Önce fotonlar için ve sonra varsayımsal gaz atomları için bunu yaptılar.

Gerçek varlığının ispatı, birkaç on yıl öncesine kadar, bir numuneyi, denklemlerin öngördüğü şeyin doğru olduğunu doğrulayacak kadar düşük sıcaklıklara soğutmanın mümkün olduğu birkaç on yıl öncesine kadar mümkün olmamıştı.

Satyendra Nath Bose

edinme

Bose-Einstein yoğunlaşması 1995 yılında Eric Cornell, Carlo Wieman ve Wolfgang Ketterle tarafından elde edildi ve bu sayede 2001 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşacaklardı.

Yoğunlaşmayı elde etmek için Bose-Einstein, mutlak sıfırın üzerinde 0.00000002 derece Kelvin'lik bir sıcaklığa ulaşmayı başardıkları bir dizi atomik fizik deneysel tekniğine başvurdu (uzayda gözlemlenen en düşük sıcaklıktan çok daha düşük bir sıcaklık). .

Eric Cornell ve Carlo Weiman bu teknikleri rubidyum atomlarından oluşan seyreltik bir gaz üzerinde kullandılar; Wolfgang Ketterle, kısa bir süre sonra bunları sodyum atomlarına uyguladı.

Bozonlar

Bozon adı, Hindistan doğumlu fizikçi Satyendra Nath Bose'un onuruna kullanılmıştır. Parçacık fiziğinde iki temel parçacık türü ele alınır: bozonlar ve ferminyonlar.

Bir parçacığın bozon mu yoksa fermiyon mu olduğunu belirleyen şey, dönüşünün tam sayı mı yoksa yarı tamsayı mı olduğudur. Sonuçta bozonlar, fermiyonlar arasındaki etkileşim kuvvetlerini iletmekten sorumlu parçacıklardır.

Yalnızca bozonik parçacıklar bu Bose-Einstein yoğunlaşması durumuna sahip olabilir: eğer soğutulan parçacıklar fermiyon ise, elde edilene Fermi sıvısı denir.

Bu böyledir çünkü bozonlar, fermiyonlardan farklı olarak, iki özdeş parçacığın aynı anda aynı kuantum durumunda olamayacağını belirten Pauli dışlama ilkesini yerine getirmek zorunda değildir.

Tüm atomlar aynı atomdur

Bir Bose-Einstein yoğunlaşmasında tüm atomlar kesinlikle aynıdır. Bu şekilde, kondensattaki atomların çoğu aynı kuantum seviyesindedir ve mümkün olan en düşük enerji seviyesine iner.

Aynı kuantum halini paylaşarak ve hepsi aynı (minimum) enerjiye sahip olarak, atomlar ayırt edilemez ve tek bir "süper atom" gibi davranırlar.

Özellikleri

Tüm atomların özdeş özelliklere sahip olduğu gerçeği, bir dizi belirli teorik özelliği varsayar: diğer özelliklerin yanı sıra, atomlar aynı hacmi işgal eder, aynı renkte ışık saçar ve homojen bir ortam oluşur.

Bu özellikler, tüm dalgaların ve fotonların kesinlikle aynı olduğu ve aynı yönde hareket ettiği, ideal olarak değil, tutarlı bir ışık (uzaysal ve zamansal olarak) yayan, tekdüze, tek renkli ideal lazerinkilere benzer. dağıtmak.

Uygulamalar

Maddenin bu yeni halinin sunduğu olanaklar çoktur, bazıları gerçekten şaşırtıcı. Mevcut veya geliştirilmekte olan Bose-Einstein yoğuşmalarının en ilginç uygulamaları şunlardır:

- Yüksek hassasiyetli nano yapılar oluşturmak için atom lazerlerle birlikte kullanılması.

- Yerçekimi alanının yoğunluğunun tespiti.

- Şu anda mevcut olanlardan daha hassas ve kararlı atom saatleri üretin.

- Belirli kozmolojik olayların incelenmesi için küçük ölçekli simülasyonlar.

- Süperakışkanlık ve süperiletkenlik uygulamaları.

- Yavaş ışık veya yavaş ışık olarak bilinen olgudan türetilen uygulamalar; örneğin ışınlanma ya da gelecek vaat eden kuantum hesaplama alanında.

- Kuantum mekaniği bilgisinin derinleştirilmesi, daha karmaşık ve doğrusal olmayan deneylerin yanı sıra yakın zamanda formüle edilmiş bazı teorilerin doğrulanması. Kondensatlar, laboratuvarlarda ışık yılları uzakta meydana gelen olayları yeniden yaratma olasılığını sunar.

Görüldüğü gibi, Bose-Einstein yoğunlaşmaları sadece yeni teknikler geliştirmek için değil, aynı zamanda halihazırda var olan bazı teknikleri geliştirmek için de kullanılabilir.

Atomik alandaki faz tutarlılıkları nedeniyle mümkün olan ve zamanın ve mesafelerin büyük kontrolünü kolaylaştıran büyük bir hassasiyet ve güvenilirlik sunmaları boşuna değil.

Bu nedenle, ortak birçok özelliğe sahip oldukları için Bose-Einstein yoğunlaşmaları, lazerin bir zamanlar olduğu kadar devrim niteliğinde olabilir. Bununla birlikte, bunun gerçekleşmesi için en büyük sorun, bu kondensatların üretildiği sıcaklıkta yatmaktadır.

Dolayısıyla zorluk, hem onları elde etmenin ne kadar karmaşık olduğundan hem de pahalı bakımlarından kaynaklanmaktadır. Tüm bu nedenlerden dolayı, şu anda çabaların çoğu temel olarak temel araştırmaya uygulanmasına odaklanmıştır.

Bose-Einstein yoğunlaşmaları ve kuantum fiziği

Bose-Einstein yoğunlaşmasının varlığının gösterilmesi, çok çeşitli alanlarda yeni fiziksel fenomenleri incelemek için önemli bir yeni araç sundu.

Hiç şüphe yok ki, makroskopik seviyedeki tutarlılığı, kuantum fiziği yasalarının hem çalışılmasını hem de anlaşılmasını ve gösterilmesini kolaylaştırır.

Bununla birlikte, maddenin bu durumuna ulaşmak için mutlak sıfıra yakın sıcaklıkların gerekli olduğu gerçeği, inanılmaz özelliklerinden daha fazlasını elde etmek için ciddi bir dezavantajdır.

Referanslar

1. Bose - Einstein yoğunlaşması (nd). Wikipedia'da. 6 Nisan 2018'de es.wikipedia.org adresinden alındı.
2. Bose - Einstein yoğunlaşıyor. (nd) Wikipedia'da. 6 Nisan 2018'de en.wikipedia.org adresinden alındı.
3. Eric Cornell ve Carl Wieman (1998). Bose-Einstein Yoğunlaştırmaları, "Araştırma ve Bilim."
4. A. Cornell ve CE Wieman (1998). "Bose - Einstein yoğunlaşması". Bilimsel amerikalı.
5. Bozon (nd). Wikipedia'da. 6 Nisan 2018'de es.wikipedia.org adresinden alındı.
6. Bozon (nd). Wikipedia'da. 6 Nisan 2018'de en.wikipedia.org adresinden alındı.