‎เซ็กซี่บาคาร่าสถานะของสสาร: โบส-ไอน์สไตน์ คอนเดนเสท‎

เซ็กซี่บาคาร่าสถานะของสสาร: โบส-ไอน์สไตน์ คอนเดนเสท‎

‎ 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