Bose-Einstein-kondensation

Bose-Einstein-kondensation, faseovergang i gasser bestående af identiske bosoner (se Bose-gas). A. Einstein forudsagde i 1925 ved brug af en statistisk metode, indført af den indiske fysiker S.N. Bose, at en gas af identiske bosoner, der ikke vekselvirker indbyrdes, ved tilstrækkeligt lave temperaturer vil "kondensere", således at et makroskopisk antal partikler besætter samme kvantetilstand. Faseovergangen har intet at gøre med sædvanlig kondensation (fortætning). Den temperatur, hvorved kondensationen indtræder, afhænger af gassens partikeltæthed, partikelmassen og Plancks konstant.

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 (nobelpris 2001). 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, ca. en mikrograd over det absolutte temperaturnulpunkt, og antallet af partikler i kondensatet vokser herefter gradvis, når temperaturen aftager yderligere.

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

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.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig