مكثف بوز اينشتاين الأصل والخصائص والتطبيقات

ال بوز اينشتاين المكثفات إنها حالة من المواد تحدث في بعض الجسيمات في درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. لفترة طويلة ، كان يُعتقد أن حالات التجميع الثلاثة الممكنة فقط هي المادة الصلبة والسائلة والغازية.

ثم تم اكتشاف الحالة الرابعة: البلازما. ويعتبر المكثف Bose-Einstein الحالة الخامسة. الخاصية المميزة هي أن جزيئات المكثفات تتصرف كنظام كم كبير بدلاً من أن تفعل عادةً (كمجموعة من أنظمة الكم الفردية أو كمجموعة من الذرات).

بمعنى آخر ، يمكن القول أن المجموعة الكاملة من الذرات التي تتكون منها مكثفات Bose-Einstein تتصرف كما لو كانت ذرة واحدة.

مؤشر

• 1 الأصل
• 2 الحصول عليها
  • 2.1 البوزونات
  • 2.2 جميع الذرات هي نفس الذرة
• 3 خصائص
• 4 تطبيقات
  • 4.1 بوز آينشتاين المكثف والفيزياء الكمومية
• 5 المراجع

مصدر

مثل العديد من الاكتشافات العلمية الحديثة ، تم اكتشاف وجود المكثفات من الناحية النظرية قبل وجود دليل تجريبي على وجوده.

وهكذا ، كان ألبرت أينشتاين وساتيندرا ناث بوز هما من توقعا نظريًا لهذه الظاهرة في منشور مشترك في عشرينيات القرن العشرين ، وقد فعلا ذلك أولاً بالنسبة لحالة الفوتونات ثم بالنسبة إلى الذرات الغازية الافتراضية..

لم يكن إثبات وجودها الحقيقي ممكنًا قبل عقود قليلة ، عندما كان من الممكن تبريد عينة إلى درجات حرارة منخفضة بدرجة كافية لإثبات أن ما كانت المعادلات المتوقعة صحيحًا.

الحصول على

تم الحصول على المكثفات Bose-Einstein في عام 1995 من قبل إريك كورنيل ، وكارلو وايمان ، وولفغانغ كيتيرل ، الذين بفضل هذا ، سينتهي بهم المطاف بتقاسم جائزة نوبل للفيزياء في عام 2001.

لتحقيق مكثفات Bose-Einstein ، استخدموا سلسلة من التقنيات التجريبية في الفيزياء الذرية ، والتي تمكنوا من الوصول إلى درجة حرارة 0.00000002 درجة كلفن فوق الصفر المطلق (درجة حرارة أقل بكثير من أدنى درجة حرارة ملحوظة في الفضاء الخارجي)..

استخدم إريك كورنيل وكارلو فايمان هذه التقنيات في غاز مخفف يتكون من ذرات الروبيديوم. من جانبه ، قام ولفجانج كيتيرل بتطبيقها بعد وقت قصير على ذرات الصوديوم.

البوزونات

يستخدم اسم بوسون تكريما للفيزيائي الهندي المولد ساتيندرا ناث بوس. في فيزياء الجسيمات ، يتم النظر في نوعين أساسيين من الجزيئات الأولية: البوزونات والفرميونات.

ما الذي يحدد ما إذا كان الجسيم هو بوزون أو فرميون هو ما إذا كانت تدورها هي عدد صحيح أو نصف عدد صحيح. في النهاية ، البوزونات هي الجزيئات المسؤولة عن نقل قوى التفاعل بين الفرميونات.

يمكن فقط لجزيئات bosonic الحصول على هذه الحالة من المكثفات Bose-Einstein: إذا كانت الجسيمات التي يتم تبريدها هي fermions ، فإن ما تم تحقيقه يسمى السائل Fermi..

هذا هو السبب في أن البوزونات ، خلافًا للفرميونات ، ليست مضطرة إلى الامتثال لمبدأ استبعاد Pauli ، الذي ينص على أن جسيمين متطابقين لا يمكن أن يكونا في نفس الحالة الكمية في نفس الوقت.

جميع الذرات هي نفس الذرة

في المكثفات Bose-Einstein تكون جميع الذرات متساوية تمامًا. وبهذه الطريقة ، تكون معظم الذرات المكثفة في نفس المستوى الكمومي ، وتهبط إلى أدنى مستوى طاقة ممكن.

من خلال تقاسم هذه الحالة الكمومية والحصول على نفس الطاقة (الحد الأدنى) ، فإن الذرات لا يمكن تمييزها وتتصرف باعتبارها "فائقًا".

خصائص

تفترض حقيقة أن جميع الذرات لها خواص متماثلة سلسلة من الخصائص النظرية المحددة: تشغل الذرات نفس الحجم وتنتشر الضوء من نفس اللون وتشكل وسطًا متجانسًا ، من بين خصائص أخرى.

تشبه هذه الخصائص تلك الخاصة بالليزر المثالي ، الذي ينبعث منها ضوء متماسك (مكانيًا وزمانيًا) ، وموحد ، أحادي اللون ، تكون فيه كل الموجات والفوتونات متساوية تمامًا وتتحرك في نفس الاتجاه ، وبالتالي ليست مثالية تشتيت.

تطبيقات

الإمكانيات التي توفرها هذه الحالة الجديدة كثيرة ، بعضها مدهش حقًا. من بين التطبيقات الحالية أو النامية ، فإن التطبيقات الأكثر إثارة للاهتمام من المكثفات Bose-Einstein هي كما يلي:

- استخدامه مع أشعة الليزر لإنتاج هياكل نانوية عالية الدقة.

- الكشف عن شدة مجال الجاذبية.

- تصنيع الساعات الذرية أكثر دقة واستقرارًا من الساعات الموجودة حاليًا.

- المحاكاة ، على نطاق صغير ، لدراسة بعض الظواهر الكونية.

- تطبيقات الفائق والموصلية الفائقة.

- التطبيقات المستمدة من هذه الظاهرة المعروفة باسم ضوء بطيء أو الضوء البطيء ؛ على سبيل المثال ، في النقل عن بعد أو في المجال الواعد للحوسبة الكمومية.

- تعميق معرفة ميكانيكا الكم ، وإجراء تجارب أكثر تعقيدا وغير خطية ، وكذلك التحقق من بعض النظريات التي وضعت مؤخرا. توفر المكثفات إمكانية إعادة الظاهرة في مختبرات الظواهر التي تحدث في السنوات الضوئية.

كما ترون ، يمكن استخدام المكثفات Bose-Einstein ليس فقط لتطوير تقنيات جديدة ، ولكن أيضًا لإتقان بعض التقنيات الموجودة بالفعل.

ليس من دون جدوى أنها توفر دقة وموثوقية كبيرة ، وهو أمر ممكن بسبب تماسك طورها في المجال الذري ، مما يسهل التحكم الكبير في الوقت والمسافات.

لذلك ، يمكن أن تصبح مكثفات Bose-Einstein ثورية مثل الليزر نفسه ، نظرًا لأن لها العديد من الخصائص المشتركة. ومع ذلك ، تكمن المشكلة الكبيرة في حدوث ذلك في درجة حرارة إنتاج هذه المكثفات.

وبالتالي ، تكمن الصعوبة في مدى تعقيد الحصول عليها وفي صيانتها المكلفة. لذلك ، تركز معظم الجهود حاليًا بشكل أساسي على تطبيقها على الأبحاث الأساسية.

مكثفة بوس آينشتاين والفيزياء الكمومية

عرض التظاهر بوجود مكثفات Bose-Einstein أداة جديدة وهامة لدراسة الظواهر الفيزيائية الجديدة في مناطق متنوعة للغاية.

ليس هناك شك في أن تماسكها على المستوى المجهري يسهل دراسة وفهم وإظهار قوانين الفيزياء الكمومية.

ومع ذلك ، فإن حقيقة أن درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق ضرورية لتحقيق هذه الحالة هي إزعاج خطير للحصول على أقصى استفادة من خصائصه المذهلة..

مراجع

1. مكثفات بوز آينشتاين. في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 6 أبريل 2018 من es.wikipedia.org.
2. بوز اينشتاين المكثفات. (n.d.) في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 6 أبريل ، 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. إريك كورنيل وكارل وايمان (1998). بوز آينشتاين المكثف ، "البحث والعلوم".
4. A. Cornell & C. E. Wieman (1998). "The Bose-Einstein condenste". العلمية الأمريكية.
5. بوسون (العدد) في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 6 أبريل 2018 من es.wikipedia.org.
6. بوسون (العدد) في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 6 أبريل ، 2018 ، من en.wikipedia.org.