Door Doug Bennett – bijgewerkt op 24 maart 2022

Achtergrond:van Einstein tot de eerste BEC

In 1924 formaliseerde Satyendra Nath Bose het statistische gedrag van fotonen, een ontdekking die Einstein in 1925 uitbreidde tot alle bosonen:deeltjes met een geheeltallige spin. Terwijl bosonen zich bij alledaagse temperaturen gedragen als gewone gassen, voorspelde Einstein dat er een dramatische faseovergang zou optreden bij temperaturen die het absolute nulpunt naderen:het Bose-Einstein-condensaat (BEC).

Het bereiken van de kwantumdrempel

Temperatuur, gemeten op de schaal van Kelvin, weerspiegelt de gemiddelde kinetische energie van atomen. Het absolute nulpunt – –459°F (0K) – is de theoretische limiet waar de atomaire beweging ophoudt. In de praktijk worden BEC's geproduceerd bij temperaturen die minder dan 100 miljoenste van een graad boven deze limiet liggen, een regime dat voorheen onhaalbaar was in het laboratorium.

De eerste BEC maken

In 1995 bereikten Eric Cornell en Carl Wieman de baanbrekende demonstratie van een BEC door 2000 rubidium-87-atomen af te koelen tot minder dan één nanokelvin (1 × 10⁻⁹K). Deze doorbraak leverde hen in 2001 de Nobelprijs voor de natuurkunde op en opende een nieuwe grens in het onderzoek naar ultrakoude materie.

Wat er gebeurt binnen een BEC

Terwijl het gas wordt afgekoeld, groeien de deBroglie-golflengten van de atomen en overlappen ze elkaar uiteindelijk. Wanneer dit gebeurt, verliezen de atomen hun individuele identiteit en versmelten ze tot één enkele kwantumtoestand – een ‘superatoom’. Deze coherente materiegolf gedraagt zich in veel opzichten als een laser, maar dan met atomen in plaats van fotonen.

Belangrijke eigenschappen en opkomende toepassingen

Binnen een BEC fungeren atomen als een verenigde golffunctie en vertonen ze macroscopische kwantumverschijnselen zoals superfluïditeit en interferentiepatronen. Hoewel het onderzoek zich nog in de beginfase bevindt, verwachten wetenschappers toepassingen variërend van precisiesensoren tot kwantumsimulatie van complexe systemen, waardoor de technologie en ons begrip van het universum potentieel kunnen worden getransformeerd.