Bose-Einstein-kondensation er en faseovergang i gasser bestående af identiske bosoner (se Bose-gas), hvorved en stor andel af partiklerne i gassen besætter den kvantemekaniske grundtilstand af en partikelfælde ved tilstrækkeligt lave temperaturer.

I 1925 forudsagde Albert Einstein ved brug af en statistisk metode, der blev udviklet af den indiske fysiker Satyendra Nath Bose, at en gas af identiske bosoner, der ikke vekselvirker indbyrdes, vil "kondensere", hvis den nedkøles, således at et makroskopisk antal partikler pludselig vil besætte den samme kvantetilstand. Faseovergangen har intet at gøre med sædvanlig kondensation (fortætning). Den temperatur, hvorved kondensationen indtræder, afhænger af gassens partikeltæthed, partikelmassen, partikelfælden og Plancks konstant, og den kan være ned til én mikrograd (eller mikro-Kelvin) over det absolutte temperaturnulpunkt.

Fænomenet, der også gør sig gældende i superflydende helium (se kvantevæsker), blev observeret i gasser for første gang i 1995 ved køling af rubidium- og natrium-atomer til lave temperaturer. De atomare gasser, der undergår Bose-Einstein-kondensation, er ekstremt fortyndede, idet partikeltætheden typisk er 100.000 gange mindre end i atmosfærisk luft. Grunden til, at partikeltætheden skal være så lav, er, at de frie atomer skal hindres i at danne molekyler. Faseovergangen indtræder derfor ved meget lave temperaturer, og antallet af partikler i kondensatet vokser herefter gradvis, når temperaturen reduceres yderligere.

Atomerne holdes i en partikelfælde, der for eksempel kan frembringes af et rumligt varierende magnetfelt, som påvirker atomernes energi i kraft af Zeeman-effekten. De køles dels ved laserkøling, dels ved fordampningskøling, der fjerner de atomer, som har størst energi, således at de tilbageblevne atomer får en endnu lavere temperatur.

Bose-Einstein-kondensation i atomare gasser er påvist for rubidium, kalium, natrium, lithium og hydrogen samt for metastabilt helium. Fænomenet giver mulighed for at fremstille og manipulere atomskyer, hvori praktisk taget alle partikler befinder sig i samme kvantetilstand. Feltet har været i en rivende udvikling siden opdagelsen i 1995 med forgreninger til bl.a. kvanteoptik og interferometri. Sidenhen er Bose-Einstein-kondensation også blevet observeret med kvasipartikler såsom overflade-plasmoner, der har en meget lav effektiv masse og derfor kan kondensere selv ved stuetemperatur.

Eric Allin Cornell, Wolfgang Ketterle og Carl Edwin Wieman blev i 2001 tildelt Nobelprisen i fysik for deres banebrydende observationer af Bose-Einstein-kondensation i 1995.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig