Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Kondensat Bosego-Einsteina

Kondensat Bosego-Einsteina

Dane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego stanu skupienia materii , kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z gazu składającego się z atomów rubidu . Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie prędkości – czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. Lewy: tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. Środkowy: zaraz po otrzymaniu kondensatu. Prawy: Po dalszym parowaniu pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby zasada nieoznaczoności : Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru pędu (prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż stała

Kondensacja Bosego-Einsteinaefekt 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. Mówimy 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). Należy podkreślić, że nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeniowej – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o "kondensację" cząstek w przestrzeni pędów – znaczna ilość 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 posiada rozwiązania solitonowe , o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno "jasne" jak i "ciemne" rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – teorię Bogoliubowa.

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 z fizyki. W przeciągu ostatnich lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich pierwiastków jak: 7Li , 23Na , 39K , 41K, 85Rb , 87Rb, 133Cs , 52Cr , 40Ca , 84Sr , 88Sr, and 174Yb . Stosując technikę magnetoasocjacji w 2003 roku udało się otrzymać pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Cs2[3] i K2[4] odpowiednio), przy czym były to kondensaty słabo związanych cząsteczek Feshbacha.

Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Toruniu[5].

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 \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 \left[1 - \left( \frac{T}{T_{C}} \right)^3 \right]

gdzie:

  • N0 – liczba cząstek, która uległa kondensacji
  • N – całkowita liczba cząstek
  • T – temperatura kondensatu
  • TCtemperatura krytyczna

Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być oczywiście 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.

Zobacz też

Przypisy

  1. M.H. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, and E.A. Cornell. Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor. „Science”. 5221 (269), ss. 198 - 201 (Jul 1995). doi:10.1126/science.269.5221.198 . 
  2. K. B. Davis, M. -O. Mewes, M. R. Andrews, N. J. van Druten, D. S. Durfee, D. M. Kurn, and W. Ketterle. Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms. „Phys. Rev. Lett.”. 75, ss. 3969–3973 (Nov 1995). doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969 . 
  3. J. Herbig, T. Kraemer, M. Mark, T. Weber, C. Chin, H.-C. N¨agerl, and R. Grimm. Preparation of a Pure Molecular Quantum Gas. „Science”. 301(5639), ss. 1510 - 1513 (Aug 2003). doi:10.1126/science.1088876 . 
  4. M. Greiner, C. A. Regal, and D. S. Jin.. Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas. „Nature”. 426, ss. 537-540 (Dec 2003). doi:doi:10.1038/nature02199 . 
  5. W. Gawlik, W. Jastrzębski, A. Noga, J. Zachorowski, M. Zawada. Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina. „Postępy Fizyki”. 58(4), s. 156 (2007). 


Inne hasła zawierające informacje o "Kondensat Bosego-Einsteina":

Fizyka teoretyczna ...

Theodor Svedberg ...

Gilbert Newton Lewis ...

Louis de Broglie ...

Zasada nieoznaczoności ...

Spektrometria mas ...

Otto Hahn ...

Lise Meitner ...

Równoważność masy i energii ...

Emisja spontaniczna ...


Inne lekcje zawierające informacje o "Kondensat Bosego-Einsteina":

Stechiometria wzorów i równań chemicznych (plansza 16) ...

203 Okres międzywojenny na świecie. Postęp techniczny i kryzys gospodarczy (plansza 2) ...

135 Nauka, technika i kultura przełomu XIX i XX wieku (plansza 6) ...





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie