چگالش بوز-اینشتین (Bose-Einstein condensate)

ذراتی با عددهای کوانتومی اسپین صحیح را بوزون می نامند، که برگرفته از نام ساتیندرا بوز است. بوز همزمان با آلبرت اینشتین، قانون های آماری حاکم بر آن ذرات را کشف کرد که حالتی شگفت انگیز از ماده است.

نظریه چگالش بوز-اینشتین (BEC)، اثر دمای بسیار پایین بر حالت ماده را تعریف می‌کند. هنگامی که درجه‌ی حرارت به چند میلیاردم درجه بالاتر از صفر مطلق کلوین می‌رسد، برخی عناصر حالت چگالش بوز- اینشتین را از خود بروز می‌دهند.

ساتیندرا بوز (Satyendra Nath Bose) و آلبرت اینشتین در سال ۱۹۲۰ وجود چنین حالتی را برای ماده پیش‌بینی کرده بودند اما به دلیل نبود امکانات لازم تا سال ۱۹۹۵ در آزمایشگاه این حالت از ماده ایجاد نشده بود. در سال ۱۹۹۵ دو دانشمند به نام‌های اریک آلن کرنل و وای من توانستند حالت چگالش بوز-اینشتین را در آزمایشگاه تولید کنند.

 

فوتون ها دارای اسپین یک (s=1) و بوزون هستند، بوزون ها از اصل طرد پائولی پیروی نمی‌کنند و می‌توانند به هر تعداد یک حالت کوانتومی معین را اشغال کنند. در دماهای نزدیک به صفر مطلق اتم ها و مولکول ها هویت مجزای خود را از دست می دهند و به یک تک « ابَر اتم» تبدیل می شوند. این « ابَر اتم» را چگالش بوز-اینشتین می گویند، در واقع حالت چگالیده بوز- اینشتین نیز مانند جامد، مایع، گاز و پلاسما حالت دیگری از ماده است.

در مکانیک کوانتومی، ذرات بنیادی در شرایطی می توانند مانند امواج رفتار کنند، این امواج -که در واقع امواج احتمال‌اند- مکانی را توصیف می‌کنند که یک ذره در یک لحظه معین با حداکثر احتمال می‌تواند در آنجا باشد. بنابر اصل عدم قطعیت، دانستن موقعیت دقیق یک ذره ناممکن است. در سال ۱۹۲۴ هنگامی که اینشتین هنوز در آلمان بود بر اساس نظریه بوز، دانشمند هندی اظهار داشت که وقتی اتم‌ها به دمای صفر مطلق نزدیک می شوند، امواج انبساط می‌یابند و سرانجام همپوشانی می‌کنند، ذرات بنیادی تشکیل دهنده‌ی آن‌ها همگی به صورت یک تک حالت کوانتومی در هم ادغام می‌شوند که به این حالت بی نظیر چگالیده بوز-اینشتین (BEC) می‌گویند.

 

بوزون ها چون از اصل پائولی پیروی نمی‌کنند، تمایل دارند در یک حالت کوانتومی با پایین‌ترین انرژی انباشته شوند. دست‌یابی به این چگالش بوز-اینشتین که اغلب جام مقدس فیزیک اتمی نامیده می‌شود، سرانجام در سال ۱۹۹۵ صورت گرفت. درسال ۱۹۹۵ گروهی در بولدر ایالت کلرادو به تولید انبوهی از حدود ۲۰۰۰ اتم روبیدیوم-۸۷- که بوزون هستند در یک تک حالت کوانتومی با انرژی تقریبا صفر دست یافتند.

برای آنکه این امر تحقق پیدا کند باید روبیدیوم به صورت بخاری با دمای نسبتا پایین و چگالی نسبتا زیاد می بود تا طول موج های دوبروی مربوط به اتم های فردی از فاصله جدایی متوسط میان اتم ها بیشترشود. همین که این شرط برقرار شود، تابع های موج اتم های فردی هم پوشانی می کنند و مجموعه ی آنها به صورت یک تک سیستم کوانتومی بنام چگالیده بوز-اینشتین در می آید. در سال ۲۰۰۱، ولفگانگ کترله، جایزه نوبل فیزیک را به خاطر نشان دادن تجربی این پدیده از آن خود کرد.

 

منابع:
ویکی پدیا
سایت بیگ بنگ
سایت راسخون
سایت دانشگاه MIT

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *