![]() |
Kondensacja Bosego-Einsteina – efekt 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: N 0 = N [ 1 − ( T T C ) 3 2 ] . {\displaystyle N_{0}=N\left[1-\left({\frac {T}{T_{C}}}\right)^{\frac {3}{2}}\right].} W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać: N 0 = N [ 1 − ( T T C ) 3 ] , {\displaystyle N_{0}=N\left[1-\left({\frac {T}{T_{C}}}\right)^{3}\right],} gdzie: N 0 {\displaystyle N_{0}} – liczba cząstek, która uległa kondensacji, N N – całkowita liczba cząstek, T T – temperatura kondensatu, T C {\displaystyle T_{C}} – 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 (2016) – proces kondensacji Bosego-Einsteina jest używany jako wyjaśnienie na jakiej podstawie powstają zjawy, które zabijają ludzi w filmie[7]. Zobacz też bozony statystyka Bosego-Einsteina Przypisy |
Nadciekłość (także nadpłynność) – stan materii charakteryzujący się całkowitym zanikiem lepkości[1].
Materia w stanie nadciekłym, puszczona w ruch w dowolnym obiegu zamkniętym, może w nim krążyć bez końca, bez żadnego dodatkowego nakładu energii. Zjawisko to zostało odkryte przez Piotra Kapicę, Johna F. Allena i Dona Misenera w 1937 r. Zjawisko nadciekłości wynika ze szczególnych kolektywnych zjawisk kwantowych występujących w cieczach znajdujących się w bardzo niskiej temperaturze. Na przykład dla izotopu helu 4He, obserwowana jest poniżej temperatury 2,17 K (-270,98 °C), zaś dla izotopu helu 3He, temperatura ta wynosi 1 mK – 2,6 mK w zależności od ciśnienia (0 – 30 barów)[2] (przy całkowitym braku pola magnetycznego), czyli niewiele więcej od temperatury absolutnego zera. Jakkolwiek w obu tych przypadkach zjawisko to daje taki sam efekt makroskopowy, przyczyna nadciekłości jest nieco inna. Atomy helu-4 są bozonami i dlatego ich nadciekłość może być tłumaczona faktem generowania kondensatu Bosego-Einsteina przez ten układ. Natomiast atomy helu-3 są fermionami, a ich własności w stanie nadciekłym mogą być raczej tłumaczone za pomocą mechanizmów matematycznych transformacji Bogolubowa, używanej także w teorii BCS, stworzonej na potrzeby wyjaśnienia zjawiska nadprzewodnictwa. W przybliżeniu mówi ona, że fermiony, takie jak atomy helu-3, łączą się w pary, które są bozonami i dopiero te pary tworzą kondensat Bosego-Einsteina. Próbę wyjaśnienia tego zjawiska podjął również Witalij Ginzburg we współpracy z Pitajewskim. Opublikowali oni początkową teorię parametru Ψ dla nadciekłości. Ginzburg razem z Sobianinem zaproponowali uogólnioną teorię nadciekłości. Zjawisko nadciekłości helu jest szeroko stosowane do osiągania niskich temperatur w eksperymentach chemicznych i fizycznych (jest chłodziwem dla LHC[3], gdzie wymagana jest duża szybkość odprowadzania ciepła), a także w przemyśle[potrzebny przypis]. Przypisy Nadpłynność, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-07-30]. Łukasz Turski. „Wiedza i Życie”. 7/1997. Prószyński Media sp. z o.o.. The Large Hadron Collider | CERN, public.web.cern.ch [dostęp 2017-11-25] (ang.). Linki zewnętrzne Sabine Hossenfelder, Superfluid Dark Matter, YouTube, 24 marca 2019 [dostęp 2021-03-14]. |
Free forum by Nabble | Edit this page |