De condensaten van Bose-Einstein, voor het eerst voorspeld door Albert Einstein, vertegenwoordigen een vreemde opstelling van atomen die tot 1995 niet in laboratoria was geverifieerd. Deze condensaten zijn coherente gassen, ontstaan ​​bij temperaturen die kouder zijn dan kunnen worden gevonden overal in de natuur. Binnen deze condensaten verliezen atomen hun individuele identiteit en fuseren ze om te vormen wat soms een "superatoom" wordt genoemd.

Bose-Einstein Condensaat Theorie

In 1924 studeerde Satyendra Nath Bose het idee dat licht in kleine pakketjes reisde, nu bekend als fotonen. Hij bepaalde bepaalde regels voor hun gedrag en stuurde ze naar Albert Einstein. In 1925 voorspelde Einstein dat dezelfde regels van toepassing zouden zijn op atomen, omdat het ook bosonen waren met een integer spin. Einstein werkte zijn theorie uit en ontdekte dat bij bijna alle temperaturen er weinig verschil zou zijn. Hij vond echter dat er bij extreem lage temperaturen iets heel vreemds moest gebeuren - het Bose-Einstein-condensaat.

Bose-Einstein-condensaattemperatuur

Temperatuur is eenvoudig een maat voor atomaire beweging. Hot items bestaan ​​uit snel bewegende atomen, terwijl koude items bestaan ​​uit langzaam bewegende atomen. Terwijl de snelheid van individuele atomen varieert, blijft de gemiddelde snelheid van de atomen constant bij een gegeven temperatuur. Bij het bespreken van condensaten van Bose-Einstein is het noodzakelijk om de temperatuurschaal Absolute of Kelvin te gebruiken. Absolute nul is gelijk aan -459 graden Fahrenheit, de temperatuur waarbij alle beweging ophoudt. Bose-Einstein-condensaten vormen echter alleen bij temperaturen lager dan 100 miljoenste graad boven Absolute nul.

Condensaten van Bose-Einstein vormen

Zoals voorspeld door Bose-Einstein-statistieken, bij zeer lage temperaturen , de meeste atomen in een gegeven steekproef bestaan ​​op hetzelfde kwantumniveau. Naarmate de temperatuur Absolute nul nadert, dalen meer en meer atomen naar hun laagste energieniveau. Wanneer dit gebeurt, verliezen deze atomen hun individuele identiteit. Ze worden over elkaar heen gelegd en worden samengevoegd tot één niet te onderscheiden atoomblok, bekend als een Bose-Einstein-condensaat. De koudste temperatuur die in de natuur bestaat, is te vinden in de ruimte, rond de 3 graden Kelvin. In 1995 konden Eric Cornell en Carl Wieman een monster van 2.000 Rubidium-87-atomen afkoelen tot minder dan 1 miljardste graad boven Absolute nul, waardoor voor de eerste keer een Bose-Einstein-condensaat werd gegenereerd.

Bose-Einstein condensaat eigenschappen

Terwijl atomen afkoelen, gedragen ze zich meer als golven en minder als deeltjes. Wanneer ze voldoende worden gekoeld, zetten hun golven uit en beginnen ze elkaar te overlappen. Dit is vergelijkbaar met stoom die op een deksel condenseert wanneer het wordt gekookt. Het water klontert samen om een ​​druppel water of condensaat te vormen. Hetzelfde gebeurt met atomen, alleen zijn het golven die samenvloeien. Condensaten van Bose-Einstein lijken op laserlicht. In plaats van dat fotonen zich op een uniforme manier gedragen, zijn het echter de atomen die in perfecte eenheid bestaan. Als een druppel water dat condenseert, komen de laag-energetische atomen samen en vormen een dichte, niet van elkaar te onderscheiden brok. Vanaf 2011 beginnen wetenschappers nog maar net de onbekende eigenschappen van Bose-Einstein-condensaten te bestuderen. Net als bij de laser zullen wetenschappers ongetwijfeld vele toepassingen voor hen ontdekken die de wetenschap en de mensheid ten goede zullen komen.