Большинство людей узнают в школе о трех агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. Хотя это те состояния, с которыми мы больше всего взаимодействуем в повседневной жизни, существуют и другие состояния материи — журнал Научный фокус Би-би-синапример, предполагает, что их восемь.
Конденсат Бозе-Эйнштейна, или БЭК, считается еще одним состоянием вещества, пятым, которое обнаруживается только на квантовом уровне. В свою очередь, четвертое состояние материи, известное как плазма, уже некоторое время преподается в некоторых школах мира.
Читайте также:
Иллюстрация «суперфотона», созданного, когда физики превратили фотоны света в конденсат Бозе-Эйнштейна/Яна Клаерса и Боннского университета.
Конденсат Бозе-Эйнштейна был впервые предсказан Сатьендрой Нат Бозе в середине 1924 года, и индийский физик обратился за помощью к Альберту Эйнштейну в публикации своего открытия.
Бозе также открыл бозон, субатомную частицу, состоящую из фотонов, глюонов и бозона Хиггса, необходимую для возникновения состояния. К сожалению, Бозе и Эйнштейн не смогли проверить свою теорию из-за ограниченности технологий в то время.
Короче говоря, конденсат Бозе-Эйнштейна — это одно из экзотических состояний вещества, которое достигается при разбавлении бозе-газа — квантовой версии идеального газа, состоящего из бозона, — при температуре, близкой к -273,15 градуса Цельсия. При низкой температуре большинство бозонов занимают самое низкое квантовое состояние внешнего потенциала, проявляя квантово-механические эффекты.
Другими словами, низкая температура сильно уменьшает свободную энергию, доступную атомам, заставляя их очень мало двигаться друг относительно друга. Затем эти атомы приближаются друг к другу, переходят на один и тот же энергетический уровень и начинают вести себя как один суператом или сверхпроводник.
Конденсат Бозе-Эйнштейна/NIST
Бозоны не подчиняются принципу запрета Паули — принципу квантовой механики, утверждающему существование минимального пространства между идентичными атомами — что означает, что в одном и том же месте может находиться бесконечное количество бозонов. Кроме того, частицы имеют определенное количество энергии, и, достигнув минимально возможного количества энергии, они становятся точно такими же.
По этой причине низкая температура препятствует ожидаемому хаотичному движению каждой частицы, и они начинают вести себя как волны, двигаясь так, как если бы они больше не были отдельными частицами, образуя конденсат Бозе-Эйнштейна.
С информацией от BBC и Live Science.
Вы смотрели новые видео на YouTube цифрового взгляда? Подписывайтесь на канал!