
Bose-Einstein冷凝物(BEC)是五個主要物質狀態。在其中,原子達到瞭如此低的能量,以至於量子力學指出他們停止充當單個原子,而表現得像一個“超級原子”。
僅當材料冷卻到頭髮內時,才會形成玻色的凝結物絕對零。在那個溫度下,原子幾乎相對於彼此不移動。他們幾乎沒有自由能力。然後,原子開始團結在一起,進入相同的能量狀態。從物理的角度來看,它們變得相同,整個小組開始表現得好像是一個原子。
氣體,,,,液體,,,,固體和電漿已經研究了數十年,即使不是幾個世紀,但是直到1990年代才在實驗室中凝結了Bose-Einstein。為了製作玻色污水凝結物,您可以從瀰漫性氣體開始。許多實驗從原子開始銣。然後,使用橫梁將能量從原子帶走,然後用激光冷卻。之後,為了進一步冷卻,科學家使用蒸發冷卻。
“借助[Bose-Einstein冷凝物],您從一個無序的狀態開始,動力學大於勢能,”布法羅大學物理學教授Xuedong Hu告訴Live Science。 “您冷卻它,但它不會像固體那樣形成晶格。”
取而代之的是,原子屬於相同的量子狀態,不能彼此區分。到那時,原子開始服從所謂的Bose-Einstein統計數據,這些統計通常適用於您無法分解的顆粒,例如光子或輕包。
理論與發現
Bose-Einstein冷凝物在1920年代首先由Satyendra Nath Bose(1894-1974)在1920年代預測,這是印度物理學家,他還發現了以他命名的亞原子粒子,即博森。 Bose正在研究量子力學中的統計問題,並將其與光子有關的想法發送給阿爾伯特·愛因斯坦根據美國體育社會。
愛因斯坦認為它們很重要,可以使它們發表。同樣重要的是,愛因斯坦認為,Bose的數學(後來稱為Bose-Einstein統計)可以應用於原子和光。根據APS的數據,兩人發表了一系列論文,列出了這種奇怪的物質形式的細節。
兩者發現通常,原子必須具有一定的能量 - 實際上,量子力學的基本原理之一是原子或其他亞原子粒子的能量不能是任意的。這就是為什麼電子(例如電子)必須佔據的離散“軌道”,以及為什麼當它們從一個軌道或能級下降到另一個軌道或能級時,它們會散發出特定波長的光子。但是,將原子冷卻至一定程度的絕對零,而某些原子開始落入相同的能級,變得難以區分。這就是為什麼bose-Einstein中的原子凝結的行為就像“超級原子”。當一個人試圖測量它們的位置時,而不是看到離散的原子會看到更多的模糊球。
其他物質州都遵循Pauli排除原則,以物理學家Wolfgang Pauli的名字命名。保利(1900-1958)是奧地利出生的瑞士和美國理論物理學家,也是量子物理學的先驅之一。他的原則表明,典型的粒子(例如構成重要的夸克和瘦素)不能處於相同的量子狀態。這就是為什麼當兩個電子在相同的軌道上時,它們的旋轉必須相反,以便它們加起來為零。反過來,這是化學作用的原因之一,為什麼原子不能同時佔據相同的空間。 Bose-Einstein凝結了該規則。
儘管Bose和Einstein的作品預測了這種物質的狀態,但直到1995年,一個由埃里克·A·康奈爾(Eric A.設法製作了一個rubidium原子,以及麻省理工學院的Wolfgang Ketterle及其同事,製成鈉原子之一,我們對它們的存在有實驗性證實。三人共享了2001年諾貝爾獎在這項工作的物理學中。
2018年7月,一項實驗國際空間站將rubidium原子的雲冷卻至絕對零以上的100億個度,在空間中產生玻色網凝結物。他們重複了BEC在ISS上在2020年。該實驗現在還保存著我們在太空中最冷的物體的記錄,儘管這還不是人類有史以來最冷的東西。
在2023年,芝加哥大學的科學家創建了第一個BEC,表現出一種奇怪的現象,稱為量子超級化學。在那種奇怪的量子現像中,BEC中的個體原子立即化學反應。在實驗中,科學家令人信服地表明了成千上萬銫原子立即粘合以形成剖腹產,然後幾乎不變地轉換回剖腹原子。