Condensul Bose-Einstein (KBE) bazat pe fotoni este o versiune foarte avansată a KBE și de mult timp se credea că nu poate fi obținută în principiu. Dar, înainte de a vorbi despre asta, merită explicat, dar ce este condensul Bose-Einstein în general? Locul de naștere al acestui concept poate fi considerat India - în majoritatea timpului a trăit și a lucrat un om care a subliniat mai întâi posibilitatea existenței unei stări de materie necunoscută anterior. Acest om a fost numit Shatendranat Bose și a fost unul dintre părinții fondatori ai mecanicii cuantice.
Particula aparținând bosonilor este determinată de spinul său - momentul intrinsec al impulsului particulelor elementare (uneori conceptul de spin este definit ca rotația unei particule în jurul axei sale, însă această reprezentare simplifică situația). Spinul bosonului este întotdeauna intact - adică se exprimă în numere întregi. Într-un alt tip de particule elementare - fermioni - spinul este semipolar.
Bosonii și fermiunile diferă una de cealaltă nu numai în ceea ce privește valoarea spinului - aceste particule nu se deosebesc într-o serie întreagă de proprietăți fundamentale. În special, bosoanii nu pot respecta așa-numitul principiu sau interdicție, Pauli, care postulează că două particule elementare nu pot fi în aceeași stare cuantică. Stările cuantice diferă în ceea ce privește energia unul față de celălalt, iar la temperaturi scăzute, fermiunile (care respectă cu strictețe interdicția Pauli) umple constant state succesive. Primul care se ocupă de stările cu cea mai mică energie (cea mai "non-tensiune" pentru particule), iar ultima - cu cea mai mare energie. În mod clar, această proprietate a fermionelor este aliniată cu rigla în stări cuantice la temperaturi scăzute, când comportamentul sistemului nu este mascat de fluctuațiile de temperatură.
Bosonii la temperaturi scăzute se comportă diferit - nu se limitează la interdicția Pauli și, prin urmare, tind să ia cele mai convenabile locuri, adică niveluri cuantice cu cea mai mică energie. Ca rezultat, la bosoni de răcire, se întâmplă următoarele: ei încep să se miște foarte încet - la viteze de câțiva milimetri pe secundă, foarte strâns, „presat“ unul de altul, „sari“ în aceeași stare cuantică, și în cele din urmă începe să se comporte într-un mod coordonat - ca o particulă gigantică cuantică s-ar comporta.
Astfel, teoria CCD a fost, în general, dezvoltată în prima treime a secolului XX, dar oamenii de știință au reușit să obțină substanța în această stare doar 70 de ani mai târziu. motiv pentru întârzierea este simplu - de a bosoni a început să se comporte ca un singur sistem cuantic, acestea trebuie să fie răcit la o temperatură diferită de zero absolut (minus 273.15 grade Celsius) timp de câteva milionimi dintr-un grad. Timp de mult, fizicienii pur și simplu nu știau cum să atingă astfel de temperaturi scăzute. A doua problemă a fost faptul că multe substanțe, atunci când se apropie de zero absolut de start să se comporte ca un fluid și pentru BEC necesar ca acestea să rămână „gaze“ (cuvântul „de gaz“ este în ghilimele, deoarece la temperaturi scăzute, substanțele de particule își pierd mobilitatea lor - unul dintre semnele de bază ale gazului).
Cu ajutorul laserelor, atomii se răcesc astfel: un atom absoarbe fotoni care se mișcă spre el și apoi emite radiații. În acest caz, atomul se descompune treptat, iar temperatura setului de atomi, respectiv, scade. Cu toate acestea, o răcire cu laser nu este suficientă pentru a atinge temperaturile la care este posibilă trecerea la starea KBE. Eliminarea "excesului de grade poate fi obținută dacă atomii cei mai rapizi sunt îndepărtați din amestec (cești de ceai rămas pe masă este răcit de același principiu).
Conform principiului dualismului valurilor cuantice, obiectele din microworld se pot comporta atât ca particule, cât și ca valuri. Pentru ca o substanță să treacă în starea KBE, atomii săi ar trebui să se apropie de o distanță comparabilă cu lungimea lor de undă. Apoi, undele încep să interacționeze și comportamentul particulelor individuale devine coordonat.
În special, experții au crezut că cuantele de lumină ar fi absorbite de pereții camerei experimentale și "au scăpat" de la experimentatori. În scopul de a prinde și să păstreze suficient pentru a obține și a examina BEC numărul de fotoni rece, oamenii de știință de la Universitatea din Bonn au folosit doua oglinzi curbate, distanța dintre ele a fost de aproximativ 1,5 micrometri - este comparabilă cu lungimea de undă de fotoni, care sunt într-o stare cuantică cu energie minimă .
Metoda de răcire cu laser a fotonilor este inaplicabilă - ei interacționează prea slab unul cu celălalt, așa că cercetătorii i-au răcit cu un colorant special care a absorbit și a emis cuantele de lumină. Fotonii s-au ciocnit cu moleculele sale și, treptat, temperatura lor a egalat cu temperatura vopselei. Spre deosebire de atomi, nu au nevoie să fie răciți la zero pentru a produce KBE bazate pe fotoni - tranziția are loc chiar și la temperatura camerei. Fotonii au fost "pompați" în decalaj cu ajutorul unui laser. Trecerea la starea KBE a apărut atunci când numărul de fotoni sa apropiat de 60 de mii.
Cititorii ar putea avea o întrebare și de ce oamenii de știință sunt obsedați de această incomprehensibilă KBE. Așadar, interesul pur fizic al fizicienilor de a "simți" și de a vedea direct manifestarea legilor mecanicii cuantice este de înțeles, dar nu are "a cincea stare" o aplicație practică utilă? Ca și în cazul altor descoperiri fizice, o astfel de întrebare este prematură - este puțin probabil ca oamenii de știință care au studiat proprietățile decăderii radioactive sau electronilor să prezică cât de mari vor fi consecințele muncii lor.
În primul rând, inginerii mai devreme sau mai târziu vin cu noi instrumente în care obiectele studiate sunt folosite direct și care nu au putut fi inventate înainte ca fizicienii să descrie proprietățile acestor obiecte. În al doilea rând, studiul fenomenelor noi extinde ideile oamenilor despre fizică și permite în viitor să descopere și să explice alte fenomene necunoscute anterior care vor sta la baza noilor dispozitive și tehnologii și așa mai departe.
În prezent, una dintre cele mai evidente aplicații practice ale KBE este crearea bazei sale de detectoare ultra-precise - de exemplu, detectoare de câmpuri magnetice sau gravitaționale. Predicții mai detaliate pot fi făcute ca studiu suplimentar al proprietăților KBE, care progresează foarte, foarte rapid.
Trimiteți-le prietenilor: