Przejdź do zawartości

Kondensat Bosego-Einsteina: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
Usunięta treść Dodana treść
m poprawa przek., WP:SK, drobne redakcyjne
m Dodano kategorię "Albert Einstein" za pomocą HotCat
(Nie pokazano 39 wersji utworzonych przez 23 użytkowników)
Linia 1: Linia 1:
[[Plik:Bose Einstein condensate.png|thumb|350px|Dane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego [[Stan skupienia materii|stanu skupienia materii]], kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z [[gaz]]u składającego się z [[atom]]ów [[rubid]]u. Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie [[prędkość|prędkości]] – czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. '''Lewy:''' tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. '''Środkowy:''' zaraz po otrzymaniu kondensatu. '''Prawy:''' Po dalszym [[parowanie|parowaniu]] pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby [[zasada nieoznaczoności]]: Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru [[pęd (fizyka)|pędu]] (prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż stała]]
[[Plik:Bose Einstein condensate.png|mały|300px|Dane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego [[Stan skupienia materii|stanu skupienia materii]], kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z [[gaz]]u składającego się z [[atom]]ów [[rubid]]u. Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie [[prędkość|prędkości]] – czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. '''Lewy:''' tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. '''Środkowy:''' zaraz po otrzymaniu kondensatu. '''Prawy:''' Po dalszym [[Chłodzenie przez odparowanie|chlodzeniu przez odparowanie]] pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby [[zasada nieoznaczoności]]: Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru [[pęd (fizyka)|pędu]] (prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż [[stała Plancka]]]]


'''Kondensacja Bosego-Einsteina''' – [[efekt kwantowy]] zachodzący w układach podległych [[statystyka Bosego-Einsteina|rozkładowi Bosego-Einsteina]]. W [[temperatura]]ch niższych od temperatury krytycznej część cząstek ([[Bozony|bozonów]]) przechodzi w zerowy [[wektor stanu|stan]] pędowy – cząstki te mają identyczny [[pęd (fizyka)|pęd]]. Oznacza to, że w zerowej objętości [[przestrzeń pędów|przestrzeni pędów]] może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówi się wtedy o makroskopowym obsadzeniu [[stan podstawowy|stanu podstawowego]].
'''Kondensacja Bosego-Einsteina''' – [[zjawisko kwantowe|efekt kwantowy]] zachodzący w układach podległych [[statystyka Bosego-Einsteina|rozkładowi Bosego-Einsteina]]. W temperaturach niższych od [[Temperatura krytyczna|temperatury krytycznej]] część cząstek ([[Bozony|bozonów]]) przechodzi w zerowy [[wektor stanu|stan]] pędowy – cząstki te mają identyczny [[pęd (fizyka)|pęd]]. Oznacza to, że w zerowej objętości [[przestrzeń pędów|przestrzeni pędów]] może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówi się wtedy o makroskopowym obsadzeniu [[stan podstawowy|stanu podstawowego]].


Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeniowej – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o "kondensację" cząstek w przestrzeni pędów – znaczna liczba cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek "skondensowanych" pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi [[Nadciekłość|zjawisko nadciekłości]]. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym [[równanie Grossa-Pitajewskiego|równaniem Grossa-Pitajewskiego]]. Równanie to ma rozwiązania [[soliton]]owe, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno "jasne" jak i "ciemne" rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – [[teoria Bogoliubowa|teorię Bogoliubowa]].
Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeń – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o „kondensację” cząstek w przestrzeni pędów – znaczna liczba cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek „skondensowanych” pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi [[Nadciekłość|zjawisko nadciekłości]]. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym [[równanie Grossa-Pitajewskiego|równaniem Grossa-Pitajewskiego]]. Równanie to ma rozwiązania [[soliton]]owe, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno „jasne”, jak i „ciemne” rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – [[teoria Bogoliubowa|teorię Bogolubowa]].


== Historia ==
== Historia ==
[[Plik:Laboratorium FAMO UMK A 232.jpg|mały|Zestaw do uzyskiwania kondensatu B-E w [[Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej|laboratorium FAMO]] na [[Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu|Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu]]]]
Zjawisko przewidziane przez [[Indie|indyjskiego]] fizyka [[Satyendra Nath Bose|Satyendrę Natha Bosego]] i [[Albert Einstein|Alberta Einsteina]] w 1924, a po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 dla rzadkiego, alkalicznego metalu – [[rubid]]u-87 (<sup>87</sup>Rb) – przez zespół badawczy z [[JILA]] w [[Boulder]] ([[Kolorado]]) [[Eric Cornell|Erica Cornella]] i [[Carl Wieman|Carla Wiemana]]{{r|Anderson}}. Kondensat Bosego-Einsteina otrzymał również w tym samym czasie zespół [[Wolfgang Ketterle|Wolfganga Ketterlego]] z [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]], który zaobserwował kondensację [[sód|sodu]]-23 (<sup>23</sup>Na){{r|Davis}}. Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman za swoje pionierskie badania i otrzymanie po raz pierwszy kondensatu, w 2001 roku zostali nagrodzeni [[Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki|Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki]]. W ciągu kolejnych lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich pierwiastków jak [[Lit (pierwiastek)|<sup>7</sup>Li]], [[sód|<sup>23</sup>Na]], [[potas|<sup>39</sup>K]], <sup>41</sup>K, [[rubid|<sup>85</sup>Rb]], <sup>87</sup>Rb, [[cez|<sup>133</sup>Cs]], [[chrom|<sup>52</sup>Cr]], [[wapń|<sup>40</sup>Ca]], [[stront|<sup>84</sup>Sr]], <sup>88</sup>Sr i [[iterb|<sup>174</sup>Yb]].
Zjawisko przewidziane przez [[Indie|indyjskiego]] fizyka [[Satyendra Nath Bose|Satyendrę Natha Bosego]] i [[Albert Einstein|Alberta Einsteina]] w 1924, a po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 dla rzadkiego, alkalicznego metalu – [[rubid]]u-87 (<sup>87</sup>Rb) – przez zespół badawczy z [[JILA]] w [[Boulder]] ([[Kolorado (stan)|Kolorado]]) [[Eric Cornell|Erica Cornella]] i [[Carl Wieman|Carla Wiemana]]{{r|Anderson}}. Kondensat Bosego-Einsteina otrzymał również w tym samym czasie zespół [[Wolfgang Ketterle|Wolfganga Ketterlego]] z [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]], który zaobserwował kondensację [[sód|sodu]]-23 (<sup>23</sup>Na){{r|Davis}}. Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman za swoje pionierskie badania i otrzymanie po raz pierwszy kondensatu, w 2001 roku zostali nagrodzeni [[Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki|Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki]]. W ciągu kolejnych lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich izotopów jak [[Lit|<sup>7</sup>Li]], [[sód|<sup>23</sup>Na]], [[potas|<sup>39</sup>K]], <sup>41</sup>K, [[rubid|<sup>85</sup>Rb]], <sup>87</sup>Rb, [[cez|<sup>133</sup>Cs]], [[chrom|<sup>52</sup>Cr]], [[wapń|<sup>40</sup>Ca]], [[stront|<sup>84</sup>Sr]], <sup>88</sup>Sr i [[iterb|<sup>174</sup>Yb]].


Stosując technikę [[magnetoasocjacja|magnetoasocjacji]] w 2003 roku otrzymano pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Li<sub>2</sub>{{r|Jochim}}{{r|Zwierlein}}, i K<sub>2</sub>{{r|Greiner}}), przy czym były to kondensaty słabo związanych [[cząsteczki Feshbacha|cząsteczek Feshbacha]].
Stosując technikę [[magnetoasocjacja|magnetoasocjacji]] w 2003 roku otrzymano pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Li<sub>2</sub>{{r|Jochim|Zwierlein}}, i K<sub>2</sub>{{r|Greiner}}), przy czym były to kondensaty słabo związanych [[cząsteczki Feshbacha|cząsteczek Feshbacha]].


Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 w [[Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej|Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej]] w Toruniu{{r|Gawlik}}.
Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 roku w [[Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej|Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej]] (KL FAMO) w Toruniu, z wykorzystaniem aparatury skonstruowanej przez grupę [[Wojciech Gawlik|Wojciecha Gawlika]] w Zakładzie Fotoniki Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (budowa aparatury próżniowej i toru optycznego oraz uruchomienie dwóch pułapek magnetooptycznych) oraz grupę [[Włodzimierz Jastrzębski (fizyk)|Włodzimierza Jastrzębskiego]] w [[Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk|Instytucie Fizyki PAN]] w Warszawie (pułapka magnetyczna), a następnie przewiezionej do KL FAMO{{r|Gawlik}}.


== Ujęcie matematyczne ==
== Ujęcie matematyczne ==
Liczba cząstek znajdujących się w stanie podstawowym zależy od warunków fizycznych, w jakich doprowadza się do kondensacji. Dla gazu swobodnego wzór jako pierwsi znaleźli właśnie Bose i Einstein, i ma on postać:
Liczba cząstek znajdujących się w stanie podstawowym zależy od warunków fizycznych, w jakich doprowadza się do kondensacji. Dla gazu swobodnego wzór jako pierwsi znaleźli właśnie Bose i Einstein, i ma on postać:
: <math>N_{0} = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_{C}} \right)^{\frac{3}{2}} \right]</math>
:: <math>N_0 = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_C} \right)^\frac{3}{2} \right].</math>


W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać:
W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać:
: <math>N_{0} = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_{C}} \right)^3 \right]</math>
:: <math>N_0 = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_C} \right)^3 \right],</math>


gdzie:
gdzie:
* N<sub>0</sub> – liczba cząstek, która uległa kondensacji
* <math>N_0</math> – liczba cząstek, która uległa kondensacji,
* N – całkowita liczba cząstek
* <math>N</math> – całkowita liczba cząstek,
* T – temperatura kondensatu
* <math>T</math> – temperatura kondensatu,
* T<sub>C</sub> – [[temperatura krytyczna]]
* <math>T_C</math> – [[temperatura krytyczna]].


Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być inny. Powyżej temperatury krytycznej nie ma makroskopowego obsadzenia stanu podstawowego i gaz zachowuje się prawie jak gaz doskonały z małymi poprawkami wynikającymi ze statystyki kwantowej.
Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być inny. Powyżej temperatury krytycznej nie ma makroskopowego obsadzenia stanu podstawowego i gaz zachowuje się prawie jak gaz doskonały z małymi poprawkami wynikającymi ze statystyki kwantowej.


== Kondensacja Bosego-Einsteina w kulturze ==
== Zobacz też ==
* film ''{{link-interwiki|Q=Q17763215|Spectral}}'' (2016) – proces kondensacji Bosego-Einsteina jest używany jako wyjaśnienie na jakiej podstawie powstają zjawy, które zabijają ludzi w filmie<ref>{{Cytuj |autor = Ars Staff |tytuł = The science of Spectral: Is that really how Bose–Einstein condensate behaves? |data = 2017-07-18 |data dostępu = 2021-04-20 |opublikowany = Ars Technica |url = https://arstechnica.com/gaming/2017/07/spectral-movie-science-review/ |język = en}}</ref>.
* [[statystyka Bosego-Einsteina]]; [[bozony]]


== Przypisy ==
== Przypisy ==
<references>
{{Przypisy-lista|l. kolumn=2|
<ref name="Anderson">{{cytuj pismo | autor = M.H. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, E.A. Cornell | tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor | czasopismo = Science | wydanie = 269 | wolumin = 5221 | strony = 198–201 | data = 1995 | doi = 10.1126/science.269.5221.198}}</ref>
<ref name="Anderson">{{Cytuj |autor = M.H. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, E.A. Cornell |tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor |czasopismo = Science |data = 1995 |wolumin = 269 |numer = 5221 |s = 198–201 |doi = 10.1126/science.269.5221.198 |pmid = 17789847 |język = en |dostęp = o}}</ref>
<ref name="Davis">{{Cytuj |autor = K.B. Davis, M.-O. Mewes, M.R. Andrews, N.J. van Druten, D.S. Durfee |tytuł = Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms |czasopismo = Physical Review Letters |data = 1995 |wolumin = 75 |numer = 22 |s = 3969–3973 |doi = 10.1103/PhysRevLett.75.3969 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Gawlik">{{cytuj |autor = W. Gawlik, W. Jastrzębski, A. Noga, J. Zachorowski, M. Zawada |tytuł = Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina |czasopismo = Postępy Fizyki |wolumin = 58 |numer = 4 |s = 156 |data = 2007 |url = https://web.archive.org/web/20160305160058/http://prac.us.edu.pl/~ztpce/QM/I_16_PL_BEC_PostFiz.pdf |dostęp = o}}</ref>
<ref name="Greiner">{{Cytuj |autor = Markus Greiner, Cindy A. Regal, Deborah S. Jin |tytuł = Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas |czasopismo = Nature |data = 2003 |wolumin = 426 |numer = 6966 |s = 537–540 |doi = 10.1038/nature02199 |pmid = 14647340 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Jochim">{{Cytuj |autor = S. Jochim |tytuł = Bose-Einstein Condensation of Molecules |czasopismo = Science |data = 2003 |wolumin = 302 |numer = 5653 |s = 2101–2103 |doi = 10.1126/science.1093280 |pmid = 14615548 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Zwierlein">{{Cytuj |autor = M.W. Zwierlein, C.A. Stan, C.H. Schunck, S.M.F. Raupach, S. Gupta |tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation of Molecules |czasopismo = Physical Review Letters |data = 2003 |wolumin = 91 |numer = 25 |doi = 10.1103/PhysRevLett.91.250401 |język = en |dostęp = z}}</ref>
</references>


== Linki zewnętrzne ==
<ref name="Davis">{{cytuj pismo | autor = K.B. Davis, M.O. Mewes, M.R. Andrews, N.J. van Druten, D.S. Durfee, D.M. Kurn, W. Ketterle | tytuł = Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms | czasopismo = Phys. Rev. Lett. | wolumin = 75 | strony = 3969–3973 | data = 1995 | doi = 10.1103/PhysRevLett.75.3969}}</ref>
* {{Pismo Delta | url = 1996/10/obserwacja-kondensacji-bosego-einsteina/ | autor = Krzysztof Byczuk | tytuł = Obserwacja kondensacji Bosego-Einsteina | data = październik 1996 | data dostępu = 2024-03-25 }}
* {{Pismo Delta | url = 2021a/03/2021-03-delta-art-05-pawlowski.pdf | autor = Krzysztof Pawłowski | tytuł = Krople kwantowe | data = marzec 2021 | data dostępu = 2021-09-14}} – artykuł o różnych formach kondensatu, w tym kroplach i supersolidach.


<ref name="Gawlik">{{cytuj pismo | autor = W. Gawlik, W. Jastrzębski, A. Noga, J. Zachorowski, M. Zawada | tytuł = Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina | czasopismo = Postępy Fizyki | wolumin = 58|wydanie=4 | strony = 156 | data = 2007 | url = http://prac.us.edu.pl/~ztpce/QM/I_16_PL_BEC_PostFiz.pdf}}</ref>

<ref name="Greiner">{{cytuj pismo | autor = M. Greiner, C.A. Regal, D.S. Jin | tytuł = Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas | czasopismo = Nature | wolumin = 426 | strony = 537-540 | data = 2003 | doi = doi:10.1038/nature02199}}</ref>

<ref name="Jochim">{{cytuj pismo | autor = S. Jochim, M. Bartenstein, A. Altmeyer, G. Hendl, S. Riedl, C. Chin, J. Hecker Denschlag, R. Grimm | tytuł = Bose-Einstein Condensation of Molecules | czasopismo = Science | wolumin = 302|wydanie=5653 | strony = 2101-2103 | data = 2003 | doi = 10.1126/science.1093280}}</ref>

<ref name="Zwierlein">{{cytuj pismo | autor = M.W. Zwierlein, C.A. Stan, C.H. Schunck, S.M.F. Raupach, S. Gupta, Z. Hadzibabic, W. Ketterle | tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation of Molecules | czasopismo = Phys. Rev. Lett. | wolumin = 91 |numer=25| data = 2003 | doi = 10.1103/PhysRevLett.91.250401}}</ref>
}}
{{Kontrola autorytatywna}}
{{Kontrola autorytatywna}}


Linia 49: Linia 50:
[[Kategoria:Fizyka materii skondensowanej]]
[[Kategoria:Fizyka materii skondensowanej]]
[[Kategoria:Fizyka atomowa]]
[[Kategoria:Fizyka atomowa]]
[[Kategoria:Albert Einstein]]

Wersja z 19:15, 18 cze 2024

Dane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego stanu skupienia materii, kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z gazu składającego się z atomów rubidu. Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie prędkości – czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. Lewy: tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. Środkowy: zaraz po otrzymaniu kondensatu. Prawy: Po dalszym chlodzeniu przez odparowanie pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby zasada nieoznaczoności: Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru pędu (prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż stała Plancka

Kondensacja Bosego-Einsteinaefekt kwantowy zachodzący w układach podległych rozkładowi Bosego-Einsteina. W temperaturach niższych od temperatury krytycznej część cząstek (bozonów) przechodzi w zerowy stan pędowy – cząstki te mają identyczny pęd. Oznacza to, że w zerowej objętości przestrzeni pędów może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówi się wtedy o makroskopowym obsadzeniu stanu podstawowego.

Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeń – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o „kondensację” cząstek w przestrzeni pędów – znaczna liczba cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek „skondensowanych” pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi zjawisko nadciekłości. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym równaniem Grossa-Pitajewskiego. Równanie to ma rozwiązania solitonowe, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno „jasne”, jak i „ciemne” rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – teorię Bogolubowa.

Historia

Zestaw do uzyskiwania kondensatu B-E w laboratorium FAMO na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu

Zjawisko przewidziane przez indyjskiego fizyka Satyendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w 1924, a po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 dla rzadkiego, alkalicznego metalu – rubidu-87 (87Rb) – przez zespół badawczy z JILA w Boulder (Kolorado) Erica Cornella i Carla Wiemana[1]. Kondensat Bosego-Einsteina otrzymał również w tym samym czasie zespół Wolfganga Ketterlego z MIT, który zaobserwował kondensację sodu-23 (23Na)[2]. Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman za swoje pionierskie badania i otrzymanie po raz pierwszy kondensatu, w 2001 roku zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki. W ciągu kolejnych lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich izotopów jak 7Li, 23Na, 39K, 41K, 85Rb, 87Rb, 133Cs, 52Cr, 40Ca, 84Sr, 88Sr i 174Yb.

Stosując technikę magnetoasocjacji w 2003 roku otrzymano pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Li2[3][4], i K2[5]), przy czym były to kondensaty słabo związanych cząsteczek Feshbacha.

Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 roku w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu, z wykorzystaniem aparatury skonstruowanej przez grupę Wojciecha Gawlika w Zakładzie Fotoniki Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (budowa aparatury próżniowej i toru optycznego oraz uruchomienie dwóch pułapek magnetooptycznych) oraz grupę Włodzimierza Jastrzębskiego w Instytucie Fizyki PAN w Warszawie (pułapka magnetyczna), a następnie przewiezionej do KL FAMO[6].

Ujęcie matematyczne

Liczba cząstek znajdujących się w stanie podstawowym zależy od warunków fizycznych, w jakich doprowadza się do kondensacji. Dla gazu swobodnego wzór jako pierwsi znaleźli właśnie Bose i Einstein, i ma on postać:

W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać:

gdzie:

  • – liczba cząstek, która uległa kondensacji,
  • – całkowita liczba cząstek,
  • – temperatura kondensatu,
  • temperatura krytyczna.

Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być inny. Powyżej temperatury krytycznej nie ma makroskopowego obsadzenia stanu podstawowego i gaz zachowuje się prawie jak gaz doskonały z małymi poprawkami wynikającymi ze statystyki kwantowej.

Kondensacja Bosego-Einsteina w kulturze

  • film Spectral(inne języki) (2016) – proces kondensacji Bosego-Einsteina jest używany jako wyjaśnienie na jakiej podstawie powstają zjawy, które zabijają ludzi w filmie[7].

Przypisy

  1. M.H. Anderson i inni, Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor, „Science”, 269 (5221), 1995, s. 198–201, DOI10.1126/science.269.5221.198, PMID17789847 (ang.).
  2. K.B. Davis i inni, Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms, „Physical Review Letters”, 75 (22), 1995, s. 3969–3973, DOI10.1103/PhysRevLett.75.3969 (ang.).
  3. S. Jochim, Bose-Einstein Condensation of Molecules, „Science”, 302 (5653), 2003, s. 2101–2103, DOI10.1126/science.1093280, PMID14615548 (ang.).
  4. M.W. Zwierlein i inni, Observation of Bose-Einstein Condensation of Molecules, „Physical Review Letters”, 91 (25), 2003, DOI10.1103/PhysRevLett.91.250401 (ang.).
  5. Markus Greiner, Cindy A. Regal, Deborah S. Jin, Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas, „Nature”, 426 (6966), 2003, s. 537–540, DOI10.1038/nature02199, PMID14647340 (ang.).
  6. W. Gawlik i inni, Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina, „Postępy Fizyki”, 58 (4), 2007, s. 156 [zarchiwizowane z adresu 2016-03-05].
  7. Ars Staff, The science of Spectral: Is that really how Bose–Einstein condensate behaves? [online], Ars Technica, 18 lipca 2017 [dostęp 2021-04-20] (ang.).

Linki zewnętrzne