โดย เจสซี่ Emspak เผยแพร่สิงหาคม 04, 2018
ภาพประกอบเซ็กซี่บาคาร่าของ “ซูเปอร์โฟตอน” ที่สร้างขึ้นเมื่อนักฟิสิกส์เปลี่ยนโฟตอนของแสงให้กลายเป็นสถานะของสสารที่เรียกว่าคอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์. (เครดิตภาพ: Jan Klaers, มหาวิทยาลัยบอนน์)
จากห้ารัฐสามารถอยู่ในคอนเดนเสท Bose-Einstein อาจเป็นเรื่องลึกลับที่สุด ก๊าซของเหลวของแข็งและพลาสมาล้วนได้รับการศึกษาอย่างดีมานานหลายทศวรรษหากไม่ใช่ศตวรรษ คอนเดนเสท
Bose-Einstein ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการจนถึงปี 1990
คอนเดนเสท Bose-Einstein เป็นกลุ่มของอะตอมที่ระบายความร้อนให้อยู่ภายในเส้นผมที่มีศูนย์สัมบูรณ์ เมื่อพวกมันถึงอุณหภูมินั้นอะตอมแทบจะไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน พวกเขาแทบไม่มีพลังงานอิสระที่จะทําเช่นนั้น เมื่อถึงจุดนั้นอะตอมจะเริ่มจับตัวเป็นก้อนเข้าด้วยกันและเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกัน พวกมันเหมือนกันจากมุมมองทางกายภาพและทั้งกลุ่มเริ่มมีพฤติกรรมราวกับว่ามันเป็นอะตอมเดียว
ในการสร้างคอนเดนเสท Bose-Einstein คุณเริ่มต้นด้วยเมฆก๊าซกระจาย การทดลองหลายครั้งเริ่มต้นด้วยอะตอมของรูบิเดียม จากนั้นคุณจะทําให้เย็นลงด้วยเลเซอร์โดยใช้คานเพื่อนําพลังงานออกจากอะตอม หลังจากนั้นเพื่อให้เย็นลงต่อไปนักวิทยาศาสตร์ใช้การระบายความร้อนแบบระเหย “ด้วย [คอนเดนเสท Bose-Einstein] คุณเริ่มต้นจากสภาวะที่ไม่เป็นระเบียบ ซึ่งพลังงานจลน์มีค่ามากกว่าพลังงานศักย์” Xuedong Hu ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยบัฟฟาโลกล่าว ” คุณทําให้เย็นลง แต่มันไม่ได้ก่อตัวเป็นตาข่ายเหมือนของแข็ง”
อะตอมกลับตกอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันและไม่สามารถแยกความแตกต่างจากกันได้ เมื่อถึงจุดนั้นอะตอมจะเริ่มเชื่อฟังสิ่งที่เรียกว่าสถิติ Bose-Einstein ซึ่งมักจะใช้กับอนุภาคที่คุณไม่สามารถบอกได้เช่นโฟตอน
คอนเดนเสท Bose-Einstein ถูกทํานายครั้งแรกในทางทฤษฎีโดย Satyendra Nath Bose (1894-1974) นักฟิสิกส์ชาวอินเดียที่ค้นพบอนุภาคย่อยอะตอมที่ตั้งชื่อให้เขาว่าโบสัน โบสกําลังทํางานเกี่ยวกับปัญหาทางสถิติในกลศาสตร์ควอนตัม และส่งความคิดของเขาไปยังอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์คิดว่าพวกเขาสําคัญพอที่จะเผยแพร่ได้ ที่สําคัญไอน์สไตน์เห็นว่าคณิตศาสตร์ของโบสซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อสถิติของโบส-ไอน์สไตน์สามารถนําไปใช้กับอะตอมและแสงได้
สิ่งที่ทั้งสองพบคือโดยปกติอะตอมจะต้องมีพลังงานบางอย่าง – ในความเป็นจริงหนึ่งในพื้นฐานของกล
ศาสตร์ควอนตัมคือพลังงานของอะตอมหรืออนุภาคย่อยอะตอมอื่น ๆ ไม่สามารถเป็นไปตามอําเภอใจได้ นี่คือเหตุผลที่อิเล็กตรอน, ตัวอย่างเช่น, มี “วงโคจร” ที่ไม่ต่อเนื่องที่พวกเขาต้องครอบครอง, และทําไมพวกเขาให้โฟตอนของความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงเมื่อพวกเขาลดลงจากวงโคจรหนึ่ง, หรือระดับพลังงาน, ไปยังอีก. แต่ทําให้อะตอมเย็นลงภายในพันล้านของระดับศูนย์สัมบูรณ์และอะตอมบางอะตอมเริ่มตกอยู่ในระดับพลังงานเดียวกันกลายเป็นสิ่งที่แยกไม่ออก
นั่นเป็นเหตุผลที่อะตอมในคอนเดนเสท Bose-Einstein มีพฤติกรรมเหมือน “อะตอมสุดยอด” เมื่อพยายามวัดว่าพวกมันอยู่ที่ไหนแทนที่จะเห็นอะตอมที่ไม่ต่อเนื่องเราจะเห็นลูกบอลที่คลุมเครือมากขึ้น
สถานะอื่น ๆ ของสสารทั้งหมดเป็นไปตามหลักการยกเว้น Pauli ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ Wolfgang Pauli Pauli (1900-1958) เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวสวิสและอเมริกันที่เกิดในออสเตรียและเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัม มันบอกว่า fermions – ชนิดของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสาร – ไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมที่เหมือนกันได้ นี่คือเหตุผลที่เมื่ออิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในวงโคจรเดียวกันการหมุนของพวกมันจะต้องอยู่ตรงข้ามกันเพื่อให้พวกมันรวมกันเป็นศูนย์ นั่นเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทําให้เคมีทํางานอย่างที่มันทําและเหตุผลหนึ่งที่อะตอมไม่สามารถครอบครองพื้นที่เดียวกันได้ในเวลาเดียวกัน โบส-ไอน์สไตน์คอนเดนเสททําลายกฎนั้น
แม้ว่าทฤษฎีจะกล่าวว่าสถานะของสสารดังกล่าวควรมีอยู่จริง แต่ก็ไม่ถึงปี 1995 ที่ Eric A. Cornell และ Carl. Wieman ทั้งสองสถาบันร่วมเพื่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ (JILA) ในโบลเดอร์โคโลราโดและ Wolfgang Ketterle จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์สามารถสร้างได้ซึ่งพวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2001
ในเดือนกรกฎาคม 2018 การทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติทําให้เมฆของอะตอมรูบิเดียมเย็นลงเหลือสิบล้านองศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ทําให้เกิดคอนเดนเสท Bose-Einstein ในอวกาศ การทดลองนี้ยังเซ็กซี่บาคาร่า / สัตว์เลี้ยง
