Partout où nous regardons autour de nous, nous voyons la matière. L’appareil sur lequel vous lisez cet article, l’air que nous respirons, ainsi que toute la vie sur Terre, est constitué de matière. Nous pouvons dire sans risque que la matière est tout composé d’atomes. La raison pour laquelle nous voyons la matière prendre tant de formes différentes est qu’elle existe dans de nombreux états différents., Généralement, la matière existe dans un certain nombre d’États dans des conditions classiques, mais lorsqu’elle est soumise à des conditions extrêmes, la matière se comporte dans des états différents.
un tel état de la matière, trouvé dans des conditions extrêmement critiques, a été découvert par deux scientifiques légendaires, Satyendra Nath Bose et Albert Einstein. Cet état de la matière a donc reçu le nom de condensat de Bose-Einstein., Tout d’abord, cependant, pour comprendre le condensat de Bose-Einstein, nous devons examiner les États classiques de la matière, en rafraîchissant comment les atomes se comportent et comment la matière passe d’un État à un autre.
La Modification des États de la Matière
Question a de nombreux états dans lesquels il peut exister. L’état de la matière dépend de l’interaction des atomes entre eux, ainsi que les niveaux d’énergie de chaque atome dans son ensemble. La matière peut passer d’un État à un autre lorsqu’elle est soumise à des températures et des pressions différentes., Dans des conditions physiques classiques, la matière peut exister dans quatre États:
- solide
- liquide
- Gaz
- Plasma
ce qui précède représente exemple classique pour le changement d’état de la matière, c’est-à-dire l’Eau (Crédit photo : Vecton/)
le meilleur exemple pour représenter les changements d’état de la matière est L’eau. En dessous de 0°C, l’eau existe à l’état solide—la glace. En chauffant la glace au-dessus de 0°C à la pression standard, elle est convertie en eau liquide., En chauffant de l’eau liquide au-dessus de 100°C à pression standard, Nous obtenons de la vapeur, qui est la forme gazeuse de l’eau. La vapeur, lorsqu’elle subit le processus d’ionisation, qui ajoute ou supprime un électron pour créer des ions, génère l’état plasma de l’eau.
l’énergie des atomes est l’organe directeur pour déterminer dans quel état de la matière se trouve une substance. Lorsque nous transmettons de la chaleur aux atomes, nous leur donnons essentiellement de l’énergie. Cette énergie est absorbée par les atomes comme ils commencent à convertir cette énergie en mouvement., C’est essentiellement ce que nous voyons lors d’un tel changement d’état de la matière. Les atomes dans les solides ont très peu d’énergie et vibrent avec de faibles amplitudes, c’est pourquoi les solides restent au même endroit. Lorsque nous chauffons des solides, nous leur transmettons de l’énergie. Les atomes commencent alors à vibrer avec plus d’énergie et des amplitudes plus élevées. C’est à ce moment que nous obtenons des liquides et des gaz, qui ont tous deux tendance à s’écouler, plutôt que de rester stagnants.
cependant, lorsque nous parlons de condensat de Bose-Einstein, nous ne parlons pas de conditions physiques standard., Les condensats de Bose-Einstein sont généralement fabriqués à des températures qui sont des millions de fois plus froides que l’espace lui-même. Ainsi, pour mieux comprendre le condensat de Bose-Einstein, nous devons entrer dans la physique quantique d’un atome.
une plongée dans le domaine quantique
la physique quantique est la branche de la physique traitant des particules subatomiques et de toute matière et énergie aux plus petites échelles. La Physique quantique décrit également les lois régissant un atome.,
en 1924, Louis-Victor de Broglie affirmait que toute matière avait une nature ondulatoire. Cela a en fait jeté les bases de la physique quantique. Cela signifiait que toute matière pouvait exister à la fois comme une particule et une onde! La raison pour laquelle nous ne voyons pas très souvent cette dualité de particules d’onde est que la masse de tous les objets autour de nous a des millions de millions de millions de masse de plus que les particules subatomiques que la physique quantique traite., En bref, les objets qui nous entourent ont tellement de masse que leur nature ondulatoire est presque invisible, mais dans les petits objets comme les électrons, nous voyons ce phénomène plus clairement.
ci-dessus montre de Broglie vagues question. La particule ci-dessus oscille comme une onde et se déplace comme une particule (Crédit photo: Maschen/wikimedia commons)
la physique quantique stipule également que chaque atome a sa propre identité., Chaque atome a sa propre longueur d’onde unique (car il se comporte comme une onde) et a sa propre individualité en tant que particule. Nous sommes capables de distinguer un atome d’un autre en raison de certaines qualités, similaires à la façon dont nous pouvons distinguer deux êtres humains. Nous devons garder ces lois à l’esprit lorsque nous parlons de condensat de Bose-Einstein.
ci-dessus montre la dualité onde-particule. La particule quantique ci-dessus est également considérée comme un paquet d’ondes., (Crédit photo: Thierry Dugnolle/wikimedia commons)
en tournant le Microscope sur le condensat de Bose-Einstein
la plupart d’entre nous savent qu’il n’y a pas de température inférieure au zéro absolu, qui est -273 °C ou 0 K. quels atomes n’ont pas D’énergie et cessent complètement le mouvement. Alors, que se passe-t-il lorsque vous refroidissez un gaz de faible densité à des températures ne dépassant Qu’une fraction du zéro absolu? Eh bien, la réponse à cette question Est the Le condensat de Bose-Einstein!,
il a été constaté que lors du refroidissement de la matière à des températures juste supérieures à 0 K, La matière entre dans un autre État de la matière, convenablement nommé condensat de Bose-Einstein. Nous savons déjà que lorsque les atomes sont refroidis à des températures plus basses, ils ont des niveaux d’énergie plus faibles. Ainsi, à L’état de condensat de Bose-Einstein, les atomes ont des niveaux d’énergie proches de zéro.
rappelez-vous la dualité onde-particule des atomes couverte par la physique quantique? Dans un condensat de Bose-Einstein, tous les atomes d’une substance commencent à présenter une longueur d’onde similaire., Ces longueurs d’onde commencent alors à se chevaucher. À ce stade, les atomes subissent une crise d’identité. Au lieu d’avoir plusieurs atomes différents présentant des longueurs d’onde différentes, nous observons un seul atome présentant une seule longueur d’onde. Un atome ne peut pas se distinguer d’un autre, nous considérons donc l’atome unique susmentionné comme un « super atome”.
ci-dessus montre une distribution de vitesse des atomes de rubidium., L’image ci-dessus montre un graphique de distribution de vitesse: les atomes les plus à gauche juste avant la formation du condensat; au milieu – un super atome juste après la formation du condensat; à droite – un échantillon pur du condensat (Crédit Photo: National Institute of Standards and Technology / Wikimedia commons)
Conclusion
pour le dire très simplement, le condensat de Bose – Einstein (BEC) est cet état les atomes d’une particule commencent à agir comme un seul atome appelé Super atome., Contrairement à tous les autres états de la matière, dans le BEC, tous les atomes vibrent à l’unisson, c’est-à-dire qu’ils vibrent tous avec la même longueur d’onde avec la même période. Ce phénomène pourrait permettre au BEC de révolutionner le calcul, rendant possible la réalisation de l’informatique quantique. Ce concept est extrêmement difficile à saisir et il y a encore beaucoup de recherches, mais le BEC pourrait ouvrir de nouvelles et incroyables les portes de la réussite dans le monde de la physique.