
Bose-Einstein冷凝物(BEC)是五个主要物质状态。在其中,原子达到了如此低的能量,以至于量子力学指出他们停止充当单个原子,而表现得像一个“超级原子”。
仅当材料冷却到头发内时,才会形成玻色的凝结物绝对零。在那个温度下,原子几乎相对于彼此不移动。他们几乎没有自由能力。然后,原子开始团结在一起,进入相同的能量状态。从物理的角度来看,它们变得相同,整个小组开始表现得好像是一个原子。
气体,,,,液体,,,,固体和等离子体已经研究了数十年,即使不是几个世纪,但是直到1990年代才在实验室中凝结了Bose-Einstein。为了制作玻色污水凝结物,您可以从弥漫性气体开始。许多实验从原子开始铷。然后,使用横梁将能量从原子带走,然后用激光冷却。之后,为了进一步冷却,科学家使用蒸发冷却。
“借助[Bose-Einstein冷凝物],您从一个无序的状态开始,动力学大于势能,”布法罗大学物理学教授Xuedong Hu告诉Live Science。 “您冷却它,但它不会像固体那样形成晶格。”
取而代之的是,原子属于相同的量子状态,不能彼此区分。到那时,原子开始服从所谓的Bose-Einstein统计数据,这些统计通常适用于您无法分解的颗粒,例如光子或轻包。
理论与发现
Bose-Einstein冷凝物在1920年代首先由Satyendra Nath Bose(1894-1974)在1920年代预测,这是印度物理学家,他还发现了以他命名的亚原子粒子,即博森。 Bose正在研究量子力学中的统计问题,并将其与光子有关的想法发送给阿尔伯特·爱因斯坦根据美国体育社会。
爱因斯坦认为它们很重要,可以使它们发表。同样重要的是,爱因斯坦认为,Bose的数学(后来称为Bose-Einstein统计)可以应用于原子和光。根据APS的数据,两人发表了一系列论文,列出了这种奇怪的物质形式的细节。
两者发现通常,原子必须具有一定的能量 - 实际上,量子力学的基本原理之一是原子或其他亚原子粒子的能量不能是任意的。这就是为什么电子(例如电子)必须占据的离散“轨道”,以及为什么当它们从一个轨道或能级下降到另一个轨道或能级时,它们会散发出特定波长的光子。但是,将原子冷却至一定程度的绝对零,而某些原子开始落入相同的能级,变得难以区分。这就是为什么bose-Einstein中的原子凝结的行为就像“超级原子”。当一个人试图测量它们的位置时,而不是看到离散的原子会看到更多的模糊球。
其他物质州都遵循Pauli排除原则,以物理学家Wolfgang Pauli的名字命名。保利(1900-1958)是奥地利出生的瑞士和美国理论物理学家,也是量子物理学的先驱之一。他的原则表明,典型的粒子(例如构成重要的夸克和瘦素)不能处于相同的量子状态。这就是为什么当两个电子在相同的轨道上时,它们的旋转必须相反,以便它们加起来为零。反过来,这是化学作用的原因之一,为什么原子不能同时占据相同的空间。 Bose-Einstein凝结了该规则。
尽管Bose和Einstein的作品预测了这种物质的状态,但直到1995年,一个由埃里克·A·康奈尔(Eric A.设法制作了一个rubidium原子,以及麻省理工学院的Wolfgang Ketterle及其同事,制成钠原子之一,我们对它们的存在有实验性证实。三人共享了2001年诺贝尔奖在这项工作的物理学中。
2018年7月,一项实验国际空间站将rubidium原子的云冷却至绝对零以上的100亿个度,在空间中产生玻色网凝结物。他们重复了BEC在ISS上在2020年。该实验现在还保存着我们在太空中最冷的物体的记录,尽管这还不是人类有史以来最冷的东西。
在2023年,芝加哥大学的科学家创建了第一个BEC,表现出一种奇怪的现象,称为量子超级化学。在那种奇怪的量子现象中,BEC中的个体原子立即化学反应。在实验中,科学家令人信服地表明了成千上万铯原子立即粘合以形成剖腹产,然后几乎不变地转换回剖腹原子。