Proprietà Condensate Bose-Einstein, Applicazioni

il Condensato di Bose-Einstein è uno stato della materia che si verifica in alcune particelle a temperature prossime allo zero assoluto. Per molto tempo si è pensato che i tre possibili stati di aggregazione della materia fossero solidi, liquidi e gassosi.

Quindi fu scoperto il quarto stato: plasma; e il condensato di Bose-Einstein è considerato il quinto stato. La proprietà caratteristica è che le particelle di condensa si comportano come un grande sistema quantistico piuttosto che come fanno di solito (come un insieme di sistemi quantici individuali o come un raggruppamento di atomi).

In altre parole, si può dire che l'intero insieme di atomi che compongono il condensato di Bose-Einstein si comporta come se fosse un singolo atomo.

indice

• 1 origine
• 2 Ottenimento
  • 2.1 I bosoni
  • 2.2 Tutti gli atomi sono lo stesso atomo
• 3 proprietà
• 4 applicazioni
  • 4.1 Bose-Einstein condensato e fisica quantistica
• 5 riferimenti

fonte

Come molte delle più recenti scoperte scientifiche, l'esistenza del condensato è stata teoricamente dedotta prima che esistessero prove empiriche della sua esistenza.

Così, Albert Einstein e Satyendra Nath Bose teoricamente predissero questo fenomeno in una pubblicazione congiunta negli anni 1920. Lo fecero prima per il caso dei fotoni e poi per il caso di ipotetici atomi gassosi.

La dimostrazione della sua reale esistenza non era stata possibile fino a pochi decenni fa, quando era possibile raffreddare un campione a temperature sufficientemente basse da dimostrare che ciò che le equazioni anticipate erano vere.

ottenendo

Il condensato di Bose-Einstein fu ottenuto nel 1995 da Eric Cornell, Carlo Wieman e Wolfgang Ketterle che, grazie a ciò, finirono per condividere il Premio Nobel per la Fisica nel 2001.

Per ottenere il condensato di Bose-Einstein, hanno fatto ricorso a una serie di tecniche sperimentali di fisica atomica, con cui sono riusciti a raggiungere la temperatura di 0,00000002 gradi Kelvin sopra lo zero assoluto (temperatura molto inferiore alla temperatura più bassa osservata nello spazio). .

Eric Cornell e Carlo Weiman usarono queste tecniche in un gas diluito composto da atomi di rubidio; Da parte sua, Wolfgang Ketterle li applicò poco dopo sugli atomi di sodio.

I bosoni

Il nome Boson è usato in onore del fisico nativo indiano Satyendra Nath Bose. Nella fisica delle particelle, vengono considerati due tipi fondamentali di particelle elementari: bosoni e ferminions.

Ciò che determina se una particella è un bosone o un fermione è se il suo spin è intero o mezzo intero. In definitiva, i bosoni sono le particelle responsabili della trasmissione delle forze di interazione tra i fermioni.

Solo le particelle bosoniche possono avere questo stato di condensato di Bose-Einstein: se le particelle che sono raffreddate sono fermioni, ciò che si ottiene viene chiamato un liquido di Fermi.

Questo perché i bosoni, a differenza dei fermioni, non devono conformarsi al principio di esclusione di Pauli, che afferma che due particelle identiche non possono essere nello stesso stato quantico allo stesso tempo.

Tutti gli atomi sono lo stesso atomo

In un condensato di Bose-Einstein tutti gli atomi sono assolutamente uguali. In questo modo, gli atomi più condensati si trovano allo stesso livello quantico, scendendo al livello di energia più basso possibile.

Condividendo questo stesso stato quantico e avendo tutta la stessa (minima) energia, gli atomi sono indistinguibili e si comportano come un singolo "superatom".

proprietà

Il fatto che tutti gli atomi abbiano proprietà identiche suppone una serie di determinate proprietà teoriche: gli atomi occupano uno stesso volume, luce dispersa dello stesso colore e un mezzo omogeneo è costituito, tra le altre caratteristiche.

Queste proprietà sono simili a quelle del laser ideale, che emette una luce coerente (spazialmente e temporalmente), uniforme, monocromatica, in cui tutte le onde e i fotoni sono assolutamente uguali e si muovono nella stessa direzione, che idealmente non è dissipando.

applicazioni

Le possibilità offerte da questo nuovo stato della materia sono molte, alcune davvero sorprendenti. Tra le attuali o in via di sviluppo, le applicazioni più interessanti dei condensati di Bose-Einstein sono le seguenti:

- Il suo uso insieme ai laser atomici per creare nano-strutture di alta precisione.

- Rilevazione dell'intensità del campo gravitazionale.

- Produzione di orologi atomici più precisi e stabili di quelli attualmente esistenti.

- Simulazioni, su piccola scala, per lo studio di alcuni fenomeni cosmologici.

- Applicazioni di superfluidità e superconduttività.

- Applicazioni derivate dal fenomeno noto come luce lenta o luce lenta; per esempio, nel teletrasporto o nel campo promettente dell'informatica quantistica.

- Approfondimento della conoscenza della meccanica quantistica, esecuzione di esperimenti più complessi e non lineari, nonché la verifica di alcune teorie recentemente formulate.I condensati offrono la possibilità di ricreare nei laboratori fenomeni che accadono ad anni luce.

Come potete vedere, i condensati di Bose-Einstein possono essere utilizzati non solo per sviluppare nuove tecniche, ma anche per affinare alcune tecniche già esistenti.

Non invano offrono grande precisione e affidabilità, il che è possibile grazie alla loro coerenza di fase nel campo atomico, che facilita un grande controllo del tempo e delle distanze.

Pertanto, i condensati di Bose-Einstein potrebbero diventare rivoluzionari come il laser stesso, poiché hanno molte proprietà in comune. Tuttavia, il grande problema che ciò può verificarsi è la temperatura alla quale si producono queste condense.

Quindi, la difficoltà sta sia nella complessità di ottenerli sia nella loro costosa manutenzione. Per tutti questi motivi, la maggior parte degli sforzi attualmente si concentrano principalmente sulla loro applicazione alla ricerca di base.

Bose-Einstein condensato e fisica quantistica

La dimostrazione dell'esistenza dei condensati di Bose-Einstein ha offerto un nuovo e importante strumento per lo studio di nuovi fenomeni fisici in aree molto diverse.

Non c'è dubbio che la sua coerenza a livello macroscopico faciliti sia lo studio, la comprensione e la dimostrazione delle leggi della fisica quantistica.

Tuttavia, il fatto che le temperature vicine allo zero assoluto siano necessarie per raggiungere questo stato di materia è un grave inconveniente per ottenere il massimo dalle sue incredibili proprietà.

riferimenti

1. Condensato di Bose-Einstein (n.d.). In Wikipedia Estratto il 6 aprile 2018 da es.wikipedia.org.
2. Condensato di Bose-Einstein (n.d.) In Wikipedia. Estratto il 6 aprile 2018 da en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell e Carl Wieman (1998). Condensed Bose-Einstein, "Ricerca e scienza".
4. A. Cornell e C. E. Wieman (1998). "Il condensato di Bose-Einstein". Americano scientifico.
5. Bosón (n.). In Wikipedia Estratto il 6 aprile 2018 da es.wikipedia.org.
6. Bosone (n.). In Wikipedia Estratto il 6 aprile 2018 da en.wikipedia.org.