oriunde ne uităm în jurul nostru, vedem Materia. Dispozitivul pe care citiți acest articol, aerul pe care îl respirăm, împreună cu toată viața de pe Pământ este alcătuit din materie. Putem spune cu siguranță că materia este totul compus din atomi. Motivul pentru care vedem Materia luând atât de multe forme diferite este pentru că există în multe state diferite., În general, Materia există într-o anumită cantitate de state în condiții clasice, dar atunci când este supusă unor condiții extreme, materia se dovedește a se comporta în diferite state cu totul.
într-O astfel de stare a materiei, găsit la extrem de critică condiții, a fost descoperit de doi legendari oameni de știință, Satyendra Nath Bose și Albert Einstein. Prin urmare, această stare de materie a primit numele de condens Bose-Einstein., În primul rând, însă, pentru a înțelege condensatul Bose-Einstein, trebuie să ne uităm la stările clasice ale materiei, revigorând modul în care se comportă atomii în ele și modul în care materia curge de la o stare la alta.
schimbarea stărilor materiei
Materia are multe stări în care poate exista. Starea materiei depinde de interacțiunea atomilor între ele, precum și de nivelurile de energie ale fiecărui atom în ansamblu. Materia se poate schimba de la o stare la alta atunci când este supusă unor temperaturi și presiuni diferite., Sub clasică condiții fizice, materia poate exista în patru stări:
- Solide
- Lichid
- Gaz
- Plasma
Cele de mai sus descrie exemplu clasic de schimbare de stare a materiei, de exemplu, apa (Foto Credit : Vecton/)
Cel mai bun exemplu pentru reprezentând modificări în statele de materie este apa. Sub 0°C, apa există în stare solidă-gheață. La încălzirea gheții peste 0°C la presiune standard, se transformă în apă lichidă., La încălzirea apei lichide peste 100°C la presiune standard, obținem abur, care este forma gazoasă a apei. Aburul, atunci când suferă procesul de ionizare, care adaugă sau îndepărtează un electron pentru a crea ioni, generează starea plasmatică a apei.
energia atomilor este organul de conducere pentru a determina în ce stare de materie se găsește o substanță. Când dăm căldură atomilor, practic le dăm energie. Această energie este absorbită de atomi pe măsură ce încep să transforme această energie în mișcare., Aceasta este în esență ceea ce vedem în timpul unei astfel de schimbări de stări de materie. Atomii din solide au foarte puțină energie și vibrează cu amplitudini scăzute, motiv pentru care solidele rămân într-un singur loc. Când încălzim solidele, le dăm energie. Atomii încep apoi să vibreze cu mai multă energie și amplitudini mai mari. Acest lucru este atunci când obținem lichide și gaze, ambele având tendința de a curge, mai degrabă decât să rămână stagnante.
cu toate Acestea, atunci când vorbim despre Condensat Bose-Einstein, nu vorbim despre termenii standard de condiții fizice., Condensatele Bose-Einstein sunt în general realizate la temperaturi de milioane de ori mai reci decât spațiul în sine. Astfel, pentru a înțelege mai bine condensul Bose-Einstein, trebuie să intrăm în fizica cuantică a unui atom.
O Scufundare în Domeniul Cuantic
Fizica Cuantică este o ramură a fizicii care se ocupă cu particule subatomice și toată materia și energia la cele mai mici scări. Fizica cuantică descrie, de asemenea, legile care guvernează un atom.,
În 1924, Louis-Victor de Broglie a susținut că toată materia avut un val ca natura. Aceasta a pus de fapt baza fizicii cuantice. Ceea ce a însemnat acest lucru a fost că toată materia ar putea exista atât ca o particulă, cât și ca o undă în același timp! Motivul pentru care nu vedem această dualitate a particulelor de undă foarte des este că masa tuturor obiectelor din jurul nostru are milioane de milioane de milioane mai multă masă decât particulele subatomice cu care se ocupă fizica cuantică., Pe scurt, obiectele din jurul nostru au atât de multă masă încât natura lor de undă este aproape invizibilă, dar în obiecte mici precum electronii, vedem acest fenomen mai clar.
Cele de mai sus arată de Broglie contează valuri. Mai sus de particule oscilează ca un val, precum și mutarea ca o particulă (credit Foto: Maschen/wikimedia commons)
fizica Cuantică, de asemenea, prevede că fiecare atom are o identitate proprie., Fiecare atom are propria lungime de undă unică (deoarece se comportă ca un val) și are propria individualitate ca particulă. Suntem capabili să distingem un atom de altul datorită anumitor calități, similare cu modul în care putem distinge între două ființe umane. Trebuie să ținem cont de aceste legi atunci când vorbim despre condensatul Bose-Einstein.
Cele de mai sus arată dualitate undă-particulă. Particula cuantică de mai sus este, de asemenea, văzută ca un pachet de undă., (Credit foto: Thierry Dugnolle/wikimedia commons)
de Cotitură Microscop Condensat Bose-Einstein
cele Mai multe dintre noi știu că nu există nici o temperatură mai mică decât Zero Absolut, care este -273 °C sau 0 K. Zero Absolut este acea temperatură la care atomii au nici o energie și mișcare înceta în întregime. Deci, ce se întâmplă când răciți un gaz cu densitate scăzută la temperaturi cu doar o fracțiune peste Zero absolut? Ei bine, răspunsul la această întrebare este … condensul Bose-Einstein!,
s-A constatat că la răcire contează la temperaturi de doar un strop mai mare de 0 K, materialul intră într-o altă stare a materiei, corespunzător numit Condensat Bose-Einstein. Știm deja că atunci când atomii sunt răciți la temperaturi mai scăzute, au niveluri mai scăzute de energie. Astfel, în starea condensată Bose-Einstein, atomii au niveluri de energie aproape zero.
amintiți-vă dualitatea val-particule de atomi acoperite în fizica cuantică? Într-un condens Bose-Einstein, toți atomii unei substanțe încep să prezinte o lungime de undă similară., Aceste lungimi de undă încep apoi să se suprapună. În acest moment, atomii suferă o criză de identitate. În loc să avem mai mulți atomi diferiți care prezintă lungimi de undă diferite, observăm un singur atom care prezintă o singură lungime de undă. Un atom nu se poate distinge de altul, așa că considerăm că singurul atom menționat anterior este un „super atom”.
Cele de mai sus arată o distribuție a vitezei de atomi de rubidiu., Imaginea de mai sus prezinta o viteza-grafic de distribuție: stânga – atomi înainte se formează condens; Mijloc – un super atom doar după ce se formează condens; din Dreapta – o mostră pură de condens (credit Foto: Institutul Național de Standarde și Tehnologie / Wikimedia commons)
Concluzie
Pentru a pune acest lucru foarte simplu, Condensat Bose-Einstein (BEC) este acea stare a materiei în care toți atomii de o particulă să înceapă să acționeze ca un singur atom numit un Super-Atom., Spre deosebire de toate celelalte stări ale materiei, în BEC, toți atomii vibrează la unison, adică toți vibrează cu aceeași lungime de undă cu aceeași perioadă de timp. Acest fenomen ar putea permite BEC să revoluționeze calculul, făcând posibilă realizarea calculului cuantic. Acest concept este extrem de greu de înțeles și există încă o mulțime de cercetări în legătură cu acesta, dar BEC ar putea deschide uși noi și incredibile de realizare în lumea fizicii.