Конденсат Бозе-Эйнштейна


Конденсат Бозе-Эйнштейна.

 

 

Конденсат Бозе-Эйнштейна – агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю, и проявляющих свои квантовые эффекты на макроскопическом уровне.

 

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Таблица химических элементов, для которых получен конденсат Бозе-Эйнштейна

 

Конденсат Бозе-Эйнштейна:

Конденсат Бозе-Эйнштейна – агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли кельвина).

По сути, конденсат Бозе-Эйнштейна является конденсированным состояниям бозе-газа — газа, состоящего из бозонов и подчиняющемуся квантовомеханическим эффектам. Конденсат Бозе-Эйнштейна наряду с газом, жидкостью, твёрдым телом и плазмой является одним из агрегатных состояний вещества.

Бозон – частица или квазичастица с целым значением спина, выраженного в единицах постоянной Дирака ħ. Спин – это собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с движением (перемещением или вращением) частицы как целого. Спин может быть целым числом (0, 1, 2), а может быть полуцелым (1/2, -1/2). По спину частицы делят на фермионы и бозоны. Первые имеют полуцелый спин, а вторые — целый.

Бозонами являются, и отдельные элементарные частицы – фотоны, и целые атомы (например, гелий-4). А к фермионам относят, например, электроны, протоны, нейтроны.

Существование конденсата Бозе-Эйнштейна предсказали ученые – Сатьендра Нат Бозе и Альберт Эйнштейн в 1924 г., а на практике  его подтвердили в 1995 г. – исследователи из Национального института стандартов и технологии США Эрик Корнелл и Карл Вимен при помощи лазерного охлаждения охладили газ из атомов рубидия-87 до температуры в 170 нанокельвинов.

Атомы вещества при охлаждении теряют свою энергию и по мере охлаждения опускаются до более низкого энергетического состояния. Охлаждение атомов — бозонов до очень низких температур (вплоть до абсолютного ноля) заставляет их перейти (или, по-другому, сконденсироваться) в наинизшее возможное квантовое (энергетическое) состояние.

В сильно охлаждённом состоянии, близком к абсолютному нулю, достаточно большое число атомов оказывается (по-другому, конденсируется) в своих минимально возможных квантовых состояниях. Результатом такой конденсации бозонов становится возникновение новой формы вещества – конденсата Бозе-Эйнштейна, которая находится в одном квантовом состоянии и проявляет новые свойства, обусловленные волновой природой частиц. В новой образованной форме вещества квантовые эффекты (квантовый эффект Холла, Зенона, Шоттки и пр.) начинают проявляться на макроскопическом уровне.

Иными словами, конденсат Бозе-Эйнштейна состоит из множества невзаимодействующих частиц, находящихся в одном низкоэнергетическом состоянии, в котором на макроскопическом уровне проявляется волновая природа частиц. В итоге получается одна квантово-механическая волна в макромасштабе.

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Рис 1. Проявление квантово-механической волны в макромасштабе в конденсате Бозе-Эйнштейна

На рисунке представлены данные о распределении скорости (3 вида) для газа атомов рубидия, подтверждающие открытие новой фазы вещества – конденсата Бозе-Эйнштейна. Слева: перед появлением конденсата Бозе-Эйнштейна. Центр: сразу после появления конденсата. Справа: после дальнейшего испарения, оставляя образец почти чистого конденсата.

@ https://en.wikipedia.org/wiki/Bose–Einstein_condensate

 

В настоящее время получены конденсаты Бозе-Эйнштейна фотонов и атомов: 7Li23Na39K41K85Rb87Rb, 133Cs52Cr40Ca84Sr86Sr88Sr174Yb164Dy и 168Er.

Для получения конденсата Бозе-Эйнштейна используются сверхнизкие температуры 10−7 K и ниже, которые достигаются с помощью лазерного охлаждения и удержания атомов в магнитной ловушке.

Практическое применение конденсат Бозе-Эйнштейна находит в атомном лазере – устройстве для получения пучков движущихся атомов, находящихся в когерентном состоянии. С помощью атомного лазера можно размещать атомы на поверхностях устройств, материалов и оборудования с недостижимой ранее точностью, позволяющей создавать принципиально новые структуры, что может привести к новому технологическому прорыву в различных областях науки и техники, в т.ч. в микроэлектронике.

Другим практическим применением конденсата Бозе-Эйнштейна может служить использование его в квантовых вычислениях, если принимать каждую частицу – атом за кубит.

 

Таблица химических элементов, для которых получен конденсат Бозе-Эйнштейна (1 часть):

Атомный номер Химический элемент

 

Символ Изотопы, для которых получены конденсаты Бозе-Эйнштейна
1 Водород H
2 Гелий He
3 Литий Li 7Li
4 Бериллий Be
5 Бор B
6 Углерод C
7 Азот N
8 Кислород O
9 Фтор F
10 Неон Ne
11 Натрий Na 23Na
12 Магний Mg
13 Алюминий Al
14 Кремний Si
15 Фосфор P
16 Сера S
17 Хлор Cl
18 Аргон Ar
19 Калий K 39K, 41K
20 Кальций Ca 40Ca
21 Скандий Sc
22 Титан Ti
23 Ванадий V
24 Хром Cr 52Cr
25 Марганец Mn
26 Железо Fe
27 Кобальт Co
28 Никель Ni
29 Медь Cu
30 Цинк Zn

 

Таблица химических элементов, для которых получен конденсат Бозе-Эйнштейна (2 часть):

31 Галлий Ga
32 Германий Ge
33 Мышьяк As
34 Селен Se
35 Бром Br
36 Криптон Kr
37 Рубидий Rb 85Rb, 87Rb
38 Стронций Sr 84Sr, 86Sr, 88Sr
39 Иттрий Y
40 Цирконий Zr
41 Ниобий Nb
42 Молибден Mo
43 Технеций Tc
44 Рутений Ru
45 Родий Rh
46 Палладий Pd
47 Серебро Ag
48 Кадмий Cd
49 Индий In
50 Олово Sn
51 Сурьма Sb
52 Теллур Te
53 Йод I
54 Ксенон Xe
55 Цезий Cs 133Cs
56 Барий Ba
57 Лантан La
58 Церий Ce
59 Празеодим Pr
60 Неодим Nd


Таблица химических элементов, для которых получен конденсат Бозе-Эйнштейна (3 часть):

61 Прометий Pm
62 Самарий Sm
63 Европий Eu
64 Гадолиний Gd
65 Тербий Tb
66 Диспрозий Dy 164Dy
67 Гольмий Ho
68 Эрбий Er 168Er
69 Тулий Tm
70 Иттербий Yb 174Yb
71 Лютеций Lu
72 Гафний Hf
73 Тантал Ta
74 Вольфрам W
75 Рений Re
76 Осмий Os
77 Иридий Ir
78 Платина Pt
79 Золото Au
80 Ртуть Hg
81 Таллий Tl
82 Свинец Pb
83 Висмут Bi
84 Полоний Po
85 Астат At
86 Радон Rn
87 Франций Fr
88 Радий Ra
89 Актиний Ac
90 Торий Th

Таблица химических элементов, для которых получен конденсат Бозе-Эйнштейна (4 часть):

91 Протактиний Pa
92 Уран U
93 Нептуний Np
94 Плутоний Pu
95 Америций Am
96 Кюрий Cm
97 Берклий Bk
98 Калифорний Cf
99 Эйнштейний Es
100 Фермий Fm
101 Менделевий Md
102 Нобелий No
103 Лоуренсий Lr
104 Резерфордий (Курчатовий) Rf
105 Дубний (Нильсборий) Db
106 Сиборгий Sg
107 Борий Bh
108 Хассий Hs
109 Мейтнерий Mt
110 Дармштадтий Ds

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, https://en.wikipedia.org/wiki/Bose–Einstein_condensate

 

конденсат бозе эйнштейна википедия фильм видео скачать практическое применение свойства
конденсат бозе эйнштейна пятое агрегатное состояние вещества для чайников
американский фильм про конденсат бозе эйнштейна