凝縮したBose-Einsteinの起源、性質および応用

の ボーズアインシュタイン凝縮 それは絶対零度に近い温度で特定の粒子内に発生する物質の状態です。長い間、物質の３つの可能な凝集状態は、固体、液体および気体であると考えられていた。.

それから4番目の状態が発見されました。そしてボーズアインシュタイン凝縮体は5番目の状態と考えられます。特徴的な性質は、凝縮粒子が通常のようにではなく大きな量子系として振る舞うことです（個々の量子系の集合として、または原子のグループとして）。.

言い換えれば、Bose-Einstein凝縮体を構成するすべての原子の集合は、あたかもそれが単一の原子であるかのように振る舞うと言えます。.

索引

起源

最近の科学的発見の多くと同様に、凝縮物の存在はその存在の経験的証拠が存在する前に理論的に推定された。.

1920年代の共同出版でこの現象を理論的に予測したのは、Albert EinsteinとSatyendra Nath Boseでした。.

その実際の存在の証明は、方程式が予想されたことが真実であることを証明するのに十分低い温度までサンプルを冷却することが可能であった数十年前まで可能ではなかった。.

ボーズ・アインシュタイン凝縮は、1995年にEric Cornell、Carlo Wieman、Wolfgang Ketterleによって得られました。これにより、2001年にノーベル物理学賞を受賞することになります。.

ボーズ・アインシュタイン凝縮を達成するために、彼らは原子物理学における一連の実験技術を用いて、絶対零度（宇宙で観測された最低温度よりもはるかに低い温度）を超える0.00000002ケルビンの温度に達しました。.

Eric CornellとCarlo Weimanは、ルビジウム原子からなる希ガス中でこれらの手法を使用しました。彼の役には、Wolfgang Ketterleがナトリウム原子に少し後でそれらを適用しました.

ボソンという名前はインド生まれの物理学者Satyendra Nath Boseを記念して使われています。素粒子の物理学では、2つの基本的なタイプの素粒子が考えられます：ボソンとフェルミ粒子.

粒子がボソンかフェルミオンかを決定するのは、そのスピンが整数か半整数かということです。最終的に、ボソンはフェルミオン間の相互作用力の伝達を担う粒子です。.

ボソン - アインシュタイン凝縮体の状態を持つことができるのはボソン粒子だけです。冷却される粒子がフェルミオンの場合、達成されるのはフェルミ液体と呼ばれます。.

これは、フェルミオンとは異なり、2つの同一の粒子が同時に同じ量子状態になることはできないと述べているPauliの排他原理に従う必要がないためです。.

ボーズアインシュタイン凝縮では、すべての原子は絶対に等しい。このようにして、大部分の凝縮原子は同じ量子レベルにあり、可能な限り低いエネルギーレベルまで下降する。.

この同じ量子状態を共有し、すべて同じ（最小）エネルギーを持つことで、原子は区別できなくなり、単一の「スーパー」として振舞います。.

全ての原子が同一の性質を有するという事実は、一連の決定された理論的性質を仮定する：他の特徴の中でも、原子は同じ体積を占め、同じ色の光を散乱しそして均質媒体を構成する。.

これらの特性は、（空間的および時間的に）コヒーレント光を放射する理想的なレーザーの特性と似ています。均一で単色性であり、すべての波と光子は絶対的に等しく、同じ方向に移動します。消散する.

この新しい物質の状態によってもたらされる可能性はたくさんありますが、なかには驚くべきものもあります。現在または開発中の、Bose-Einstein凝縮体の最も興味深い用途は次のとおりです。

- 高精度ナノ構造を作成するための原子レーザーとの併用.

- 重力場強度の検出.

- 現在存在するものよりも正確で安定した原子時計の製造.

- 特定の宇宙現象の研究のための小規模なシミュレーション.

- 超流動と超伝導の応用.

- として知られている現象から派生したアプリケーション スローライト または遅い光。例えば、テレポーテーションや量子コンピューティングの有望な分野で.

- 量子力学の知識を深め、より複雑で非線形の実験を行い、最近定式化された特定の理論を検証する。凝縮物は実験室で光年に起こる現象を再現する可能性を提供する.

ご覧のとおり、Bose-Einstein凝縮体は新しい手法を開発するためだけでなく、既に存在するいくつかの手法を完成させるためにも使用できます。.

それらは原子場におけるそれらの位相コヒーレンスのために可能であり、それは時間と距離の優れた制御を容易にする。.

それゆえ、ボーズ・アインシュタイン凝縮体は、共通の多くの性質を持っているので、レーザーそれ自体と同じくらい革命的になる可能性があります。しかしながら、これが起こるための大きな問題は、これらの凝縮物が生成される温度にある。.

したがって、それらを入手することがどれほど複雑であるか、そしてそれらの高価なメンテナンスの両方に困難がある。したがって、現在の努力のほとんどは、主に基礎研究への応用に焦点を当てています。.

Bose-Einstein凝縮体の存在の証明は、非常に多様な分野における新しい物理現象の研究のための新しい重要な手段を提供しました.

巨視的レベルでのそのコヒーレンスが、量子物理学の法則の研究、理解および証明の両方を容易にすることは疑いの余地がない。.

しかし、このような物質状態を達成するには絶対零度に近い温度が必要であるという事実は、その驚くべき特性を最大限に引き出すためには重大な不便です。.

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