Bose-Einstein Kondensateigenschaften, Anwendungen

Die Bose-Einstein-Kondensat es ist ein Materiezustand, der in bestimmten Teilchen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auftritt. Lange Zeit glaubte man, die drei möglichen Aggregationszustände der Materie seien fest, flüssig und gasförmig.

Dann wurde der vierte Zustand entdeckt: Plasma; und das Bose-Einstein-Kondensat gilt als der fünfte Zustand. Die charakteristische Eigenschaft ist, dass Partikel verhalten sich wie ein großes Quantensystems kondensieren und nicht als sie in der Regel tun (als Satz von individuellen Quantensystemen oder als Gruppierung von Atomen).

Mit anderen Worten, wir können sagen, dass die Gesamtheit der Atome, die die Bose-Einstein-Kondensat bilden verhält, als ob es sich um ein einzelnes Atom waren.

Index

• 1 Ursprung
• 2 Erhalten
  • 2.1 Die Bosonen
  • 2.2 Alle Atome sind das gleiche Atom
• 3 Eigenschaften
• 4 Anwendungen
  • 4.1 Kondenssierter Bose-Einstein und Quantenphysik
• 5 Referenzen

Herkunft

Wie viele der neuesten wissenschaftlichen Entdeckungen wurde die Existenz des Kondensats theoretisch abgeleitet, bevor es empirische Beweise seiner Existenz hatte.

So waren Albert Einstein und Satyendra Nath Bose theoretisch vorhergesagt, den dieses Phänomen in einer gemeinsamen Publikation in den 1920er Jahren tat sie dies zunächst für den Fall von Photonen und dann auf den hypothetischen Fall von gasförmigen Atom.

Demonstrieren seiner tatsächlichen Existenz hatte es vor nicht möglich, bis vor ein paar Jahrzehnten, wenn es möglich war, eine Probe bei Temperaturen niedrig genug abkühlen, um zu überprüfen, was wahr erwartet wurde Gleichungen.

Erhalten

Der Bose-Einstein-Kondensat wurde 1995 von Eric Cornell, Wieman und Wolfgang Ketterle Carlo, die als Ergebnis erhält, würden den Nobelpreis für Physik 2001 schließlich geteilt.

Um dies zu erreichen Bose-Einstein-Kondensats Zuflucht zu einer Reihe von experimentellen Techniken der Atomphysik, mit dem die Temperatur verwaltet 0.00000002 Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt (viel niedriger als die niedrigste Temperatur im Weltraum Temperatur beobachtet wird) zu erreichen, .

Eric Cornell und Carlo Weiman verwendeten diese Techniken in einem verdünnten Gas, das aus Rubidiumatomen bestand; Wolfgang Ketterle wandte sie kurze Zeit später auf Natriumatome an.

Die Bosonen

Der Name Boson wird zu Ehren des in Indien geborenen Physikers Satyendra Nath Bose verwendet. In der Teilchenphysik werden zwei grundlegende Arten von Elementarteilchen betrachtet: Bosonen und Ferminionen.

Was bestimmt, ob ein Teilchen ein Boson oder ein Fermion ist, ist, ob sein Spin ganzzahlig oder halbzahlig ist. Letztendlich sind Bosonen die Teilchen, die für die Übertragung von Wechselwirkungskräften zwischen Fermionen verantwortlich sind.

Nur so kann diesen Zustand des Partikels Bose-Einstein-Kondensats Bosonen hat: Ist die Teilchen Fermionen gekühlt werden, die erreicht wird, wird eine Fermi-Flüssigkeit bezeichnet.

Dies liegt daran, Bosonen, im Gegensatz zu Fermionen, brauchen nicht das Prinzip Pauli-gerecht zu werden, in dem es heißt, dass zwei identische Teilchen nicht gleichzeitig im gleichen Quantenzustand sein können.

Alle Atome sind das gleiche Atom

In einem Bose-Einstein-Kondensat sind alle Atome absolut gleich. Auf diese Weise befinden sich die meisten kondensierten Atome auf dem gleichen Quantenniveau und fallen auf das niedrigst mögliche Energieniveau ab.

Durch den gleichen Quantenzustand teilen und alle haben die gleiche Energie (Minimum), sind Atome nicht zu unterscheiden und verhalten sich wie ein einziges „Superatom“.

Eigenschaften

Die Tatsache, dass alle Atome identische Eigenschaften mit einer Reihe von bestimmten theoretischen Eigenschaften beinhaltet: Atom das gleiche Volumen, Streulicht von der gleichen Farbe und ein homogenen Medium besetzen konstituiert, unter anderen Merkmalen.

Diese Eigenschaften sind ähnlich denen des idealen Laser, eine kohärente Aussenden (räumlich und zeitlich) einheitliche monochromatisches Licht, in dem alle Wellen und Photonen absolut gleich sind und in der gleichen Richtung zu bewegen, die idealerweise nicht zerstreuen

Anwendungen

Die Möglichkeiten, die dieser neue Zustand der Materie bietet, sind zahlreich, einige wirklich erstaunlich. Unter den gegenwärtigen oder sich entwickelnden, interessantesten Anwendungen von Bose-Einstein-Kondensaten sind die folgenden:

- Seine Verwendung zusammen mit Atom-Lasern, um hochpräzise Nanostrukturen zu schaffen.

- Erkennung der Intensität des Schwerefeldes.

- Herstellung von Atomuhren genauer und stabiler als die derzeit existierenden.

- Simulationen im kleinen Maßstab zur Untersuchung bestimmter kosmologischer Phänomene.

- Anwendungen von Suprafluidität und Supraleitung.

- Anwendungen, die von dem als langsames Licht oder langsames Licht; zum Beispiel in der Teleportation oder im vielversprechenden Bereich des Quantencomputers.

- Vertiefung des Wissens über die Quantenmechanik, Durchführung von komplexeren und nichtlinearen Experimenten sowie Verifizierung bestimmter kürzlich formulierter Theorien.Die Kondensate bieten die Möglichkeit, in den Laboren Phänomene nachzubilden, die Lichtjahren passieren.

Wie Sie sehen, können Bose-Einstein-Kondensate nicht nur zur Entwicklung neuer Techniken verwendet werden, sondern auch zur Verfeinerung einiger bereits existierender Techniken.

Nicht umsonst bieten sie große Präzision und Zuverlässigkeit, was aufgrund ihrer Phasenkohärenz im atomaren Bereich möglich ist, was eine große Kontrolle über Zeit und Entfernungen ermöglicht.

Daher könnten die Bose-Einstein-Kondensate so revolutionär werden wie der Laser selbst, da sie viele Eigenschaften gemeinsam haben. Das große Problem dafür liegt jedoch in der Temperatur, bei der diese Kondensate entstehen.

Daher liegt die Schwierigkeit sowohl darin, wie kompliziert es ist, sie zu erhalten, als auch in ihrer kostspieligen Wartung. Aus diesen Gründen konzentrieren sich die meisten Bemühungen derzeit hauptsächlich auf ihre Anwendung in der Grundlagenforschung.

Kondenssierter Bose-Einstein und Quantenphysik

Die Demonstration der Existenz von Bose-Einstein-Kondensaten hat ein neues und wichtiges Werkzeug für das Studium neuer physikalischer Phänomene in sehr unterschiedlichen Bereichen geboten.

Es besteht kein Zweifel, dass ihre Kohärenz auf der makroskopischen Ebene sowohl das Studium als auch das Verständnis und die Demonstration der Gesetze der Quantenphysik erleichtert.

Die Tatsache, dass Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt notwendig sind, um diesen Zustand der Materie zu erreichen, ist jedoch eine ernsthafte Unannehmlichkeit, um das Beste aus seinen unglaublichen Eigenschaften herauszuholen.

Referenzen

1. Kondensat von Bose-Einstein (n. D.) In Wikipedia. Abgerufen am 6. April 2018 von es.wikipedia.org.
2. Bose-Einstein-Kondensat. (n. d.) In Wikipedia. Abgerufen am 6. April 2018 von en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell und Carl Wieman (1998). Condensed Bose-Einstein, "Forschung und Wissenschaft".
4. A. Cornell und C. E. Wieman (1998). "Das Bose-Einstein-Kondensat". Wissenschaftlicher Amerikaner.
5. Bosón (n. D.) In Wikipedia. Abgerufen am 6. April 2018 von es.wikipedia.org.
6. Boson (n. D.) In Wikipedia. Abgerufen am 6. April 2018 von en.wikipedia.org.