ในปี พ.ศ. 2467 นักฟิสิกส์ชาวอินเดียได้ส่งเอกสารให้ไอน์สไตน์ซึ่งเขาได้รับกฎของพลังค์สำหรับการแผ่รังสีของวัตถุดำโดยถือว่าโฟตอนเป็นก๊าซของอนุภาคที่เหมือนกัน ไอน์สไตน์สรุปทฤษฎีของโบสเกี่ยวกับก๊าซในอุดมคติที่มีอะตอมหรือโมเลกุลที่เหมือนกันซึ่งจำนวนของอนุภาคจะถูกสงวนไว้ และในปีเดียวกันนั้น คาดการณ์ว่าที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอ อนุภาคจะถูกล็อคเข้าด้วยกันในสถานะควอนตัมที่ต่ำที่สุด
ของระบบ
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเกิดขึ้นเฉพาะกับ “โบซอน” เท่านั้น – อนุภาคที่มีการหมุนทั้งหมดซึ่งเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของhค่าคงที่ของพลังค์หารด้วย 2 pi คอนเดนเสท นี้และกระบวนการควบแน่นเอง ได้รับการคาดหมายว่าจะมีคุณสมบัติที่ผิดปกติหลายอย่าง และเป็นเวลาหลายปีที่นักทดลอง
พยายามสร้างการควบแน่นในห้องปฏิบัติการ ในที่สุดในปี 1995 กลุ่มที่ JILA ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติและมหาวิทยาลัยโคโลราโดในโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด และสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้รับหลักฐานที่น่าสนใจเกี่ยวกับการควบแน่น
ของโบส-ไอน์สไตน์ในก๊าซอะตอมเจือจาง ทั้งกลุ่มโบลเดอร์และเอ็มไอที และกลุ่มที่มหาวิทยาลัยไรซ์ในฮูสตัน รัฐเท็กซัส ได้ปรับปรุงเทคนิคในการสร้างและสังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมที่แปลกใหม่นี้ และมีความคืบหน้าอย่างรวดเร็วในการทำความเข้าใจคุณสมบัติไดนามิกและอุณหพลศาสตร์ของมัน
เราเพิ่งตรวจสอบคุณสมบัติที่น่าสนใจที่ว่าอะตอมที่ควบแน่นด้วยนั้น “เหมือนแสงเลเซอร์” หรืออีกนัยหนึ่งคือคลื่นสสารของอะตอมมีความสอดคล้องกัน ในการทดลองเหล่านี้ เราประสบความสำเร็จในการสังเกตการเชื่อมโยงกันโดยตรง และได้สาธิต “เลเซอร์อะตอม” พื้นฐานที่สร้างลำแสงของอะตอมที่เกาะกัน
โดยคล้ายคลึงกับการปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกันโดยเลเซอร์ออปติคัล ในเวลาเดียวกัน นักทฤษฎีได้ชี้แจงประเด็นพื้นฐานมากมาย และได้พัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการจำลองระบบจริง
คำสั่งปกครองในสถานะพื้นดิน พฤติกรรมไดนามิกของก๊าซที่อุณหภูมิห้องไม่ได้รับผลกระทบ
จากความจริง
ที่ว่าอะตอมหนึ่งไม่สามารถแยกความแตกต่างจากอะตอมอื่นได้ ตามหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ตำแหน่งของอะตอมจะถูกทำให้จางลงตลอดระยะทางที่กำหนดโดยความยาวคลื่นเทอร์มอลเดอบรอยลี แลมบ์ดาdB = (2 pi h -bar 2 / k B mT ) 1/2โดยที่k Bคือ ค่าคงที่ คือมวลอะตอมและT
คืออุณหภูมิของแก๊ส ที่อุณหภูมิห้อง โดยทั่วไปความยาวคลื่นจะน้อยกว่าระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมประมาณหนึ่งหมื่นเท่า ซึ่งหมายความว่าคลื่นสสารของอะตอมแต่ละตัวไม่มีความสัมพันธ์กันหรือ “ไม่เป็นระเบียบ” และก๊าซสามารถอธิบายได้ด้วยสถิติแบบคลาสสิก
อย่างไรก็ตาม เมื่อแก๊สเย็นลง รอยเปื้อนจะเพิ่มขึ้น และในที่สุดก็มีอะตอมมากกว่าหนึ่งอะตอมในแต่ละลูกบาศก์ของมิติแลมบ์ดาdB ฟังก์ชันคลื่นของอะตอมที่อยู่ติดกันจะ “ซ้อนทับกัน” ทำให้อะตอมสูญเสียเอกลักษณ์ และพฤติกรรมของก๊าซในขณะนี้ถูกควบคุมโดยสถิติควอนตัม
สถิติของโบส-ไอน์สไตน์ช่วยเพิ่มโอกาสในการค้นพบอะตอมมากกว่าหนึ่งอะตอมในสถานะเดียวกันได้อย่างมาก และเราอาจนึกถึงคลื่นสสารในก๊าซโบสว่าเป็นการ “แกว่งไปมาในคอนเสิร์ต” ผลที่ได้คือการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นการยึดครองสถานะพื้นของก๊าซด้วยตาเปล่า
(ในทางตรงกันข้าม เฟอร์มิออน – อนุภาคที่มีการหมุนทั้งหมด ( n + ½) hโดยที่ n เป็นจำนวนเต็ม ไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้) ไอน์สไตน์อธิบายกระบวนการนี้ว่าเป็นการควบแน่นโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์ ทำให้เป็นกระบวนทัศน์ที่สำคัญของสถิติควอนตัม กลศาสตร์. การกระจายความหนาแน่น
ของคอนเดนเสทจะแสดงด้วยฟังก์ชันคลื่นมาโครสโคปิกเดียวที่มีแอมพลิจูดและเฟสที่กำหนดไว้อย่างดี เช่นเดียวกับสนามคลาสสิก แท้จริงแล้ว การเปลี่ยนจากคลื่นสสารที่ไม่เป็นระเบียบไปเป็นคลื่นสสารที่เชื่อมโยงกันสามารถเปรียบเทียบได้กับการเปลี่ยนแปลงจากที่ไม่ต่อเนื่องกันเป็นแสงเลเซอร์
ทำให้อะตอมเย็นลง การควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ถูกอ้างถึงว่าเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญในหลาย ๆ ด้านของฟิสิกส์ แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ หลักฐานเพียงอย่างเดียวสำหรับการควบแน่นมาจากการศึกษาฮีเลียมเหลวและสารกระตุ้นในเซมิคอนดักเตอร์ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของฮีเลียมเหลว
ปฏิกิริยา
รุนแรงที่มีอยู่ในของเหลวจะเปลี่ยนแปลงธรรมชาติของการเปลี่ยนผ่านในเชิงคุณภาพ ด้วยเหตุผลนี้ เป้าหมายอันยาวนานในฟิสิกส์อะตอมคือการบรรลุ BEC ในก๊าซอะตอมเจือจาง ความท้าทายคือการทำให้ก๊าซเย็นลงจนมีอุณหภูมิประมาณหรือต่ำกว่า 1 ไมโครเคลวิน ในขณะเดียวกันก็ป้องกัน
ไม่ให้อะตอมควบแน่นเป็นของแข็งหรือของเหลว ความพยายามในการควบแน่นอะตอม เริ่มต้นจากไฮโดรเจนเมื่อ 15 ปีที่แล้ว ในการทดลองเหล่านี้ อะตอมของไฮโดรเจนจะถูกทำให้เย็นลงในตู้เย็นที่มีการเจือจาง จากนั้นจึงถูกกักไว้ด้วยสนามแม่เหล็กและถูกทำให้เย็นลงด้วยการระเหย
วิธีการนี้เข้าใกล้การสังเกต BEC มาก แต่ถูกจำกัดโดยการรวมตัวกันของอะตอมแต่ละตัวเพื่อสร้างโมเลกุลและโดยประสิทธิภาพการตรวจจับ ในทศวรรษที่ 1980 เทคนิคที่ใช้เลเซอร์ ได้รับการพัฒนาเพื่อทำให้เย็นลงและดักจับอะตอม เทคนิคเหล่านี้ได้เปลี่ยนธรรมชาติของฟิสิกส์อะตอมอย่างลึกซึ้ง
และให้เส้นทางใหม่ไปสู่อุณหภูมิที่เย็นจัดเป็นพิเศษซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการแช่แข็ง ปัจจุบันมีการใช้อะตอมที่อุณหภูมิต่ำกว่ามิลลิเคลวินเป็นประจำในการทดลองต่างๆ อะตอมของอัลคาไลนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งกับวิธีการที่ใช้เลเซอร์ เนื่องจากการเปลี่ยนผ่านแสงของพวกมันสามารถกระตุ้นได้ด้วยเลเซอร์ที่มีอยู่ และเนื่องจากมีโครงสร้างระดับพลังงานภายในที่ดีสำหรับการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
