Bosen–Einsteinin kondensaatti
Bose-Einsteinin kondensaatti (BEC) on se, mitä tapahtuu laimealle kaasulle, kun se jäähdytetään hyvin kylmäksi, lähelle absoluuttista nollaa (0 K, joka vastaa -273 °C tai -459,67 °F). Se muodostuu, kun sen muodostavien hiukkasten energia on hyvin pieni. Vain bosonit voivat muodostaa Bose-Einsteinin kondensaatin. Kaasun tiheys on erittäin pieni, noin sadantuhannesosa tavallisen ilman tiheydestä.
Bose-Einsteinin kondensaatti on olomuodon muutos. Kun aine on BEC-tilassa, sen viskositeetti on nolla. Suprajuoksevuus ja suprajohtavuus liittyvät molemmat läheisesti aineen BEC-tilaan.
Teoria
Hiukkasilla on energiaa. Niillä voi olla paljon energiaa ja ne voivat pomppia villisti kuten kaasuissa, niillä voi olla vähemmän energiaa ja ne voivat virrata kuten nesteet tai niillä voi olla vielä vähemmän energiaa kuten kiinteät aineet. Jos hiukkaselta otetaan tarpeeksi energiaa pois, päästään pienimpään mahdolliseen energiamäärään tai pienimpään mahdolliseen energiamäärään. Tämä on Bose-Einsteinin kondensaatti. Tämä tekee kaikista hiukkasista täsmälleen samanlaisia, ja sen sijaan, että ne pomppisivat satunnaisesti eri suuntiin, ne pomppivat kaikki ylös ja alas täsmälleen samalla tavalla muodostaen jotain, jota kutsutaan "jättimäiseksi aineaalloksi".
Historia
Satyendra Nath Bose ja Albert Einstein ehdottivat Bose-Einsteinin kondensaattia ensimmäisen kerran vuosina 1924-25. Seitsemänkymmentä vuotta myöhemmin sen olemassaolo todistettiin. Eric Cornell ja Carl Wieman tekivät ensimmäisen Bose-Einsteinin kondensaatin vuonna 1995 Coloradon yliopistossa. Cornellille, Wiemanille ja MIT:n Wolfgang Ketterlelle myönnettiin fysiikan Nobel-palkinto vuonna 2001.
Kokeet
Yleensä bosonin saamiseksi tarpeeksi kylmäksi Bose-Einstein-kondensaatin aikaansaamiseksi on ensin vangittava bosoni magneettien avulla ja sen jälkeen otettava kaikki energia pois lasereiden avulla (laserjäähdytys). Näin ei vieläkään saada asioita tarpeeksi kylmiksi. Osa hiukkasista pomppii edelleen paljon, ja vain osa makaa mukavasti. Magneettikenttää lasketaan sitten hitaasti vähitellen, jotta nopeammin pomppivat hiukkaset pääsevät ulos. Näin sisälle jäävät vain kylmimmät ja hitaimmat atomit.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Bose-Einsteinin kondensaatti?
A: Bose-Einsteinin kondensaatti on aineen tila, joka syntyy, kun laimeasta kaasusta tehdään äärimmäisen kylmä, lähellä absoluuttista nollaa, ja sen muodostavien hiukkasten energia on hyvin pieni. Vain bosonit voivat muodostaa Bose-Einsteinin kondensaatin.
Kysymys: Missä lämpötilassa Bose-Einsteinin kondensaatti muodostuu?
V: Bose-Einsteinin kondensaatti muodostuu, kun laimea kaasu jäähdytetään hyvin kylmäksi, lähelle absoluuttista nollaa, joka on -273,15 °C eli -459,67 °F.
K: Millaiset hiukkaset voivat muodostaa Bose-Einsteinin kondensaatin?
V: Vain bosonit voivat muodostaa Bose-Einsteinin kondensaatin.
K: Mikä on Bose-Einsteinin kondensaatin tiheys?
V: Bose-Einsteinin kondensaatin tiheys on noin sadantuhannesosa tavallisen ilman tiheydestä.
K: Onko Bose-Einsteinin kondensaatti olomuodon muutos?
V: Kyllä, Bose-Einsteinin kondensaatti on olomuodon muutos.
K: Mikä on aineen viskositeetti BEC-tilassa?
V: Kun aine on BEC-tilassa, sen viskositeetti on nolla.
K: Mikä yhteys on suprajuoksevuuden, suprajohtavuuden ja aineen BEC-tilan välillä?
V: Suprajuoksevuus ja suprajohtavuus liittyvät molemmat läheisesti aineen BEC-tilaan.
