- ที่มา
- การได้รับ
- bosons
- อะตอมทั้งหมดเป็นอะตอมเดียวกัน
- คุณสมบัติ
- การประยุกต์ใช้งาน
- Bose-Einstein คอนเดนเสทและฟิสิกส์ควอนตัม
- อ้างอิง
Bose-Einstein คอนเดนเสทเป็นรัฐของเรื่องที่เกิดขึ้นในอนุภาคบางอย่างที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์แน่นอน เป็นเวลานานที่คิดว่าสถานะการรวมตัวของสสารมีเพียงสามสถานะที่เป็นไปได้คือของแข็งของเหลวและก๊าซ
จากนั้นก็ค้นพบสถานะที่สี่นั่นคือพลาสมา; และคอนเดนเสท Bose-Einstein ถือเป็นสถานะที่ห้า คุณสมบัติเฉพาะคืออนุภาคในคอนเดนเสทจะทำงานเป็นระบบควอนตัมขนาดใหญ่แทนที่จะเป็นแบบปกติ (เป็นชุดของระบบควอนตัมแต่ละระบบหรือเป็นการจัดกลุ่มอะตอม)
กล่าวอีกนัยหนึ่งอาจกล่าวได้ว่าชุดของอะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นคอนเดนเสทของโบส - ไอน์สไตน์ทำงานราวกับว่าเป็นอะตอมเดี่ยว
ที่มา
เช่นเดียวกับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดการมีอยู่ของคอนเดนเสทนั้นถูกอนุมานในทางทฤษฎีก่อนที่จะมีหลักฐานเชิงประจักษ์เกี่ยวกับการดำรงอยู่ของมัน
ดังนั้นอัลเบิร์ตไอน์สไตน์และ Satyendra Nath Bose ผู้ทำนายปรากฏการณ์นี้ในทางทฤษฎีในการตีพิมพ์ร่วมกันในช่วงทศวรรษที่ 1920 พวกเขาทำเช่นนั้นก่อนสำหรับกรณีของโฟตอนจากนั้นสำหรับกรณีของอะตอมของก๊าซสมมุติฐาน
การสาธิตการมีอยู่จริงของมันไม่สามารถทำได้จนกระทั่งสองสามทศวรรษที่ผ่านมาเมื่อสามารถทำให้ตัวอย่างเย็นลงจนมีอุณหภูมิต่ำพอที่จะตรวจสอบได้ว่าสมการที่คาดการณ์ไว้นั้นเป็นจริง
Satyendra Nath Bose
การได้รับ
คอนเดนเสทของ Bose-Einstein ได้รับในปี 1995 โดย Eric Cornell, Carlo Wieman และ Wolfgang Ketterle ซึ่งจะต้องขอบคุณมันในตอนท้ายด้วยการแบ่งปันรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2544
เพื่อให้ได้คอนเดนเสทของโบส - ไอน์สไตน์พวกเขาใช้เทคนิคการทดลองฟิสิกส์อะตอมหลายชุดซึ่งพวกเขาสามารถทำได้ถึงอุณหภูมิ 0.00000002 องศาเคลวินเหนือศูนย์สัมบูรณ์ (อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิต่ำสุดที่สังเกตได้ในอวกาศมาก) .
Eric Cornell และ Carlo Weiman ใช้เทคนิคเหล่านี้กับก๊าซเจือจางที่ประกอบด้วยอะตอมของรูบิเดียม สำหรับส่วนของเขา Wolfgang Ketterle ได้นำพวกมันไปใช้กับอะตอมโซเดียมไม่นาน
bosons
ชื่อนี้ใช้เพื่อเป็นเกียรติแก่ Satyendra Nath Bose นักฟิสิกส์ชาวอินเดียที่เกิดในอินเดีย อนุภาคมูลฐานพื้นฐานสองประเภทได้รับการพิจารณาในฟิสิกส์ของอนุภาค: โบซอนและเฟอร์มิเนียน
สิ่งที่กำหนดว่าอนุภาคเป็นโบซอนหรือเฟอร์มิออนคือการหมุนของมันเป็นจำนวนเต็มหรือจำนวนเต็มครึ่ง ท้ายที่สุดแล้วโบซอนเป็นอนุภาคที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดพลังแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟอร์มิออน
มีเพียงอนุภาคโบโซนิกเท่านั้นที่สามารถมีสถานะของคอนเดนเสทของโบส - ไอน์สไตน์ได้หากอนุภาคที่ถูกทำให้เย็นลงเป็นเฟอร์มิออนสิ่งที่ได้จะเรียกว่าของเหลวเฟอร์มิ
เนื่องจากโบซอนซึ่งแตกต่างจากเฟอร์มิออนไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามหลักการยกเว้นของ Pauli ซึ่งระบุว่าอนุภาคที่เหมือนกันสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกันได้
อะตอมทั้งหมดเป็นอะตอมเดียวกัน
ในโบส - ไอน์สไตน์คอนเดนเสทอะตอมทั้งหมดจะเหมือนกันอย่างแน่นอน ด้วยวิธีนี้อะตอมส่วนใหญ่ในคอนเดนเสทจะอยู่ในระดับควอนตัมเดียวกันลดหลั่นกันไปจนถึงระดับพลังงานต่ำสุดที่เป็นไปได้
ด้วยการแบ่งปันสถานะควอนตัมเดียวกันนี้และทั้งหมดมีพลังงาน (ขั้นต่ำ) เท่ากันอะตอมจึงแยกไม่ออกและมีพฤติกรรมเป็น "ซูเปอร์อะตอม" เดี่ยว
คุณสมบัติ
ความจริงที่ว่าอะตอมทั้งหมดมีคุณสมบัติที่เหมือนกันทำให้เกิดคุณสมบัติทางทฤษฎีบางอย่างขึ้นมาได้: อะตอมมีปริมาตรเท่ากันแสงกระจายที่มีสีเดียวกันและตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันประกอบขึ้นด้วยคุณสมบัติอื่น ๆ
คุณสมบัติเหล่านี้คล้ายกับเลเซอร์ในอุดมคติซึ่งจะปล่อยแสงที่สอดคล้องกัน (เชิงพื้นที่และชั่วคราว) สม่ำเสมอสีเดียวซึ่งคลื่นและโฟตอนทั้งหมดเหมือนกันอย่างแน่นอนและเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันไม่ควร กระจาย
การประยุกต์ใช้งาน
ความเป็นไปได้ที่นำเสนอโดยสถานะใหม่ของสสารนี้มีมากมายบางอย่างน่าอัศจรรย์อย่างแท้จริง ในปัจจุบันหรือในการพัฒนาแอพพลิเคชั่นที่น่าสนใจที่สุดของคอนเดนเสท Bose-Einstein มีดังต่อไปนี้:
- ใช้ร่วมกับเลเซอร์อะตอมเพื่อสร้างโครงสร้างนาโนที่มีความแม่นยำสูง
- การตรวจจับความเข้มของสนามโน้มถ่วง
- ผลิตนาฬิกาปรมาณูที่แม่นยำและเสถียรกว่านาฬิกาอะตอมที่มีอยู่ในปัจจุบัน
- การจำลองขนาดเล็กสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ทางจักรวาลวิทยาบางอย่าง
- การประยุกต์ใช้ superfluidity และ superconductivity
- การใช้งานที่ได้จากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าแสงช้าหรือแสงช้า ตัวอย่างเช่นในการเทเลพอร์ตหรือในสาขาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีแนวโน้ม
- เพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นทำการทดลองที่ซับซ้อนและไม่เป็นเชิงเส้นมากขึ้นตลอดจนการตรวจสอบทฤษฎีที่กำหนดขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ คอนเดนเสทมีความเป็นไปได้ในการสร้างปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการหลายปีแสง
ดังจะเห็นได้ว่าคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ไม่เพียง แต่สามารถใช้เพื่อพัฒนาเทคนิคใหม่ ๆ เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับแต่งเทคนิคบางอย่างที่มีอยู่แล้วด้วย
พวกเขาไม่ได้นำเสนอความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากการเชื่อมต่อกันของเฟสในสนามอะตอมซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมเวลาและระยะทางได้ดีเยี่ยม
ดังนั้นคอนเดนเสทของ Bose-Einstein จึงสามารถปฏิวัติวงการได้เหมือนกับที่เลเซอร์เคยมีมาเนื่องจากมีคุณสมบัติหลายประการที่เหมือนกัน อย่างไรก็ตามปัญหาใหญ่ที่จะเกิดขึ้นนี้อยู่ที่อุณหภูมิที่ผลิตคอนเดนเสทเหล่านี้
ดังนั้นความยากจึงอยู่ที่ความซับซ้อนในการจัดหาและการบำรุงรักษาที่มีราคาแพง ด้วยเหตุผลเหล่านี้ในปัจจุบันความพยายามส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้กับการวิจัยขั้นพื้นฐานเป็นหลัก
Bose-Einstein คอนเดนเสทและฟิสิกส์ควอนตัม
การสาธิตการมีอยู่ของคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ได้นำเสนอเครื่องมือใหม่ที่สำคัญสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ ๆ ในพื้นที่ที่มีความหลากหลายมาก
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการเชื่อมโยงกันในระดับมหภาคเอื้อทั้งการศึกษาความเข้าใจและการสาธิตกฎของฟิสิกส์ควอนตัม
อย่างไรก็ตามความจริงที่ว่าอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์เป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุสถานะของสสารนี้ถือเป็นข้อเสียเปรียบอย่างมากในการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่เหลือเชื่อให้มากขึ้น
อ้างอิง
- Bose - ไอน์สไตน์คอนเดนเสท (nd) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
- Bose - ไอน์สไตน์ควบแน่น (nd) ใน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.
- Eric Cornell และ Carl Wieman (1998) Bose-Einstein Condensates, "การวิจัยและวิทยาศาสตร์"
- A. Cornell & CE Wieman (1998). “ เดอะโบส - ไอน์สไตน์คอนเดนเสท”. วิทยาศาสตร์อเมริกัน
- โบซอน (nd). บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
- โบซอน (nd). บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 6 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.