В физике конденсированного состояния конденсат Бозе -Эйнштейна ( БЭК ) представляет собой состояние вещества , которое обычно образуется, когда газ бозонов с очень низкой плотностью охлаждается до температур , очень близких к абсолютному нулю (-273,15 ° C или -459,67 ° F). ). В таких условиях большая часть бозонов занимает низшее квантовое состояние , и в этот момент микроскопические квантово-механические явления, в частности интерференция волновых функций , становятся макроскопически очевидными.. БЭК формируется путем охлаждения газа чрезвычайно низкой плотности (примерно в 100 000 раз менее плотного, чем обычный воздух ) до сверхнизких температур.
Это состояние было впервые предсказано, как правило, в 1924–1925 годах Альбертом Эйнштейном [1] вслед за новаторской статьей Сатьендры Нат Бозе в новой области, известной сейчас как квантовая статистика . [2]
Бозе сначала отправил Эйнштейну статью о квантовой статистике световых квантов (теперь называемых фотонами ), в которой он вывел квантовый закон излучения Планка без какой-либо ссылки на классическую физику. Эйнштейн был впечатлен, сам перевел статью с английского на немецкий и представил ее Бозе в Zeitschrift für Physik , которая опубликовала ее в 1924 году . Университет в 2005 г. [4] ) Затем Эйнштейн распространил идеи Бозе на материю в двух других статьях. [5] [6] Результатом их усилий является концепция бозе-газа ., управляемый статистикой Бозе-Эйнштейна , которая описывает статистическое распределение идентичных частиц с целым спином , теперь называемых бозонами . Бозоны, частицы, включающие фотон , а также атомы , такие как гелий-4 (4
Он
), разрешено совместно использовать квантовое состояние. Эйнштейн предположил, что охлаждение бозонных атомов до очень низкой температуры заставит их упасть (или «конденсироваться») в самое низкое доступное квантовое состояние , что приведет к новой форме материи.
В 1938 году Фриц Лондон предложил БЭК как механизм сверхтекучести в4
Он
и сверхпроводимость . [7] [8]
Стремление создать конденсат Бозе-Эйнштейна в лаборатории было стимулировано статьей, опубликованной в 1976 году двумя программными директорами Национального научного фонда (Уильямом Стуолли и Льюисом Носанов). [9] Это привело к немедленному преследованию идеи четырьмя независимыми исследовательскими группами; их возглавляли Исаак Сильвера ( Амстердамский университет ), Уолтер Харди ( Университет Британской Колумбии ), Томас Грейтак ( Массачусетский технологический институт ) и Дэвид Ли ( Корнельский университет ). [10]
5 июня 1995 года Эрик Корнелл и Карл Виман получили первый газообразный конденсат в Университете Колорадо в лаборатории NIST в Боулдере - JILA в газе атомов рубидия , охлажденном до 170 нанокельвинов ( нК ). [11] Вскоре после этого Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института получил конденсат Бозе-Эйнштейна в газе из атомов натрия . За свои достижения Корнелл, Виман и Кеттерле получили Нобелевскую премию по физике 2001 года . [12] Эти ранние исследования основали область ультрахолодных атомов ., и сотни исследовательских групп по всему миру теперь регулярно производят БЭК разбавленных атомных паров в своих лабораториях.