Конденсат Бозе-Эйнштейна

19.10.201807.05.2022 Виктор Потехин

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.

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: ⁷Li, ²³Na, ³⁹K, ⁴¹K, ⁸⁵Rb, ⁸⁷Rb, ¹³³Cs, ⁵²Cr, ⁴⁰Ca, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁸Sr, ¹⁷⁴Yb, ¹⁶⁴Dy 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

карта сайта

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

Коэффициент востребованности 764