Tekst źródłowy strony Kondensat Bosego-Einsteina

[[Plik:Bose Einstein condensate.png|mały|300px|Dane dotyczące rozkładu prędkości potwierdzające odkrycie nowego [[Stan skupienia materii|stanu skupienia materii]], kondensatu Bosego-Einsteina powstałego z [[gaz]]u składającego się z [[atom]]ów [[rubid]]u. Kolory odpowiadają liczbom atomów w danym zakresie [[prędkość|prędkości]] – czerwony oznacza mniejszą liczbę, biały większą. '''Lewy:''' tuż przed pojawieniem się kondensatu Bosego-Einsteina. '''Środkowy:''' zaraz po otrzymaniu kondensatu. '''Prawy:''' Po dalszym [[Chłodzenie przez odparowanie|chlodzeniu przez odparowanie]] pozostała próbka prawie czystego kondensatu. Nachylenie zbocza szczytu musi być łagodne, bo inaczej złamana zostałaby [[zasada nieoznaczoności]]: Błąd określenia pozycji atomów jest niewielki i dlatego błąd pomiaru [[pęd (fizyka)|pędu]] (prędkości) musi być odpowiednio większy, aby ich iloczyn był większy niż [[stała Plancka]]]]

'''Kondensacja Bosego-Einsteina''' – [[zjawisko kwantowe|efekt kwantowy]] zachodzący w układach podległych [[statystyka Bosego-Einsteina|rozkładowi Bosego-Einsteina]]. W temperaturach niższych od [[Temperatura krytyczna|temperatury krytycznej]] część cząstek ([[Bozony|bozonów]]) przechodzi w zerowy [[wektor stanu|stan]] pędowy – cząstki te mają identyczny [[pęd (fizyka)|pęd]]. Oznacza to, że w zerowej objętości [[przestrzeń pędów|przestrzeni pędów]] może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówi się wtedy o makroskopowym obsadzeniu [[stan podstawowy|stanu podstawowego]].

Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeń – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o „kondensację” cząstek w przestrzeni pędów – znaczna liczba cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek „skondensowanych” pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi [[Nadciekłość|zjawisko nadciekłości]]. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym [[równanie Grossa-Pitajewskiego|równaniem Grossa-Pitajewskiego]]. Równanie to ma rozwiązania [[soliton]]owe, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno „jasne”, jak i „ciemne” rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – [[teoria Bogoliubowa|teorię Bogolubowa]].

== Historia ==
[[Plik:Laboratorium FAMO UMK A 232.jpg|mały|Zestaw do uzyskiwania kondensatu B-E w [[Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej|laboratorium FAMO]] na [[Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu|Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu]]]]
Zjawisko przewidziane przez [[Indie|indyjskiego]] fizyka [[Satyendra Nath Bose|Satyendrę Natha Bosego]] i [[Albert Einstein|Alberta Einsteina]] w 1924, a po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 dla rzadkiego, alkalicznego metalu – [[rubid]]u-87 (<sup>87</sup>Rb) – przez zespół badawczy z [[JILA]] w [[Boulder]] ([[Kolorado (stan)|Kolorado]]) [[Eric Cornell|Erica Cornella]] i [[Carl Wieman|Carla Wiemana]]{{r|Anderson}}. Kondensat Bosego-Einsteina otrzymał również w tym samym czasie zespół [[Wolfgang Ketterle|Wolfganga Ketterlego]] z [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]], który zaobserwował kondensację [[sód|sodu]]-23 (<sup>23</sup>Na){{r|Davis}}. Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman za swoje pionierskie badania i otrzymanie po raz pierwszy kondensatu, w 2001 roku zostali nagrodzeni [[Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki|Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki]]. W ciągu kolejnych lat udało się również otrzymać kondensaty Bosego-Einsteina gazów takich izotopów jak [[Lit|<sup>7</sup>Li]], [[sód|<sup>23</sup>Na]], [[potas|<sup>39</sup>K]], <sup>41</sup>K, [[rubid|<sup>85</sup>Rb]], <sup>87</sup>Rb, [[cez|<sup>133</sup>Cs]], [[chrom|<sup>52</sup>Cr]], [[wapń|<sup>40</sup>Ca]], [[stront|<sup>84</sup>Sr]], <sup>88</sup>Sr i [[iterb|<sup>174</sup>Yb]].

Stosując technikę [[magnetoasocjacja|magnetoasocjacji]] w 2003 roku otrzymano pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina cząsteczek (Li<sub>2</sub>{{r|Jochim|Zwierlein}}, i K<sub>2</sub>{{r|Greiner}}), przy czym były to kondensaty słabo związanych [[cząsteczki Feshbacha|cząsteczek Feshbacha]].

Pierwszy polski kondensat rubidu-87 otrzymany został 2 marca 2007 roku w [[Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej|Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej]] (KL FAMO) w Toruniu, z wykorzystaniem aparatury skonstruowanej przez grupę [[Wojciech Gawlik|Wojciecha Gawlika]] w Zakładzie Fotoniki Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (budowa aparatury próżniowej i toru optycznego oraz uruchomienie dwóch pułapek magnetooptycznych) oraz grupę [[Włodzimierz Jastrzębski (fizyk)|Włodzimierza Jastrzębskiego]] w [[Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk|Instytucie Fizyki PAN]] w Warszawie (pułapka magnetyczna), a następnie przewiezionej do KL FAMO{{r|Gawlik}}.

== Ujęcie matematyczne ==
Liczba cząstek znajdujących się w stanie podstawowym zależy od warunków fizycznych, w jakich doprowadza się do kondensacji. Dla gazu swobodnego wzór jako pierwsi znaleźli właśnie Bose i Einstein, i ma on postać:
:: <math>N_0 = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_C} \right)^\frac{3}{2} \right].</math>

W sytuacji bardziej realistycznej, gdy układ znajduje się w pułapce harmonicznej, zależność ta ma postać:
:: <math>N_0 = N \left[1 - \left( \frac{T}{T_C} \right)^3 \right],</math>

gdzie:
* <math>N_0</math> – liczba cząstek, która uległa kondensacji,
* <math>N</math> – całkowita liczba cząstek,
* <math>T</math> – temperatura kondensatu,
* <math>T_C</math> – [[temperatura krytyczna]].

Dla innych sytuacji fizycznych, tzw. wykładnik krytyczny (potęga przy stosunku temperatury do temperatury krytycznej) może być inny. Powyżej temperatury krytycznej nie ma makroskopowego obsadzenia stanu podstawowego i gaz zachowuje się prawie jak gaz doskonały z małymi poprawkami wynikającymi ze statystyki kwantowej.

== Kondensacja Bosego-Einsteina w kulturze ==
* film ''{{link-interwiki|Q=Q17763215|Spectral}}'' (2016) – proces kondensacji Bosego-Einsteina jest używany jako wyjaśnienie na jakiej podstawie powstają zjawy, które zabijają ludzi w filmie<ref>{{Cytuj |autor = Ars Staff |tytuł = The science of Spectral: Is that really how Bose–Einstein condensate behaves? |data = 2017-07-18 |data dostępu = 2021-04-20 |opublikowany = Ars Technica |url = https://arstechnica.com/gaming/2017/07/spectral-movie-science-review/ |język = en}}</ref>.

== Zobacz też ==
* [[kondensat fermionów]]

== Przypisy ==
<references>
<ref name="Anderson">{{Cytuj |autor = M.H. Anderson, J.R. Ensher, M.R. Matthews, C.E. Wieman, E.A. Cornell |tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor |czasopismo = Science |data = 1995 |wolumin = 269 |numer = 5221 |s = 198–201 |doi = 10.1126/science.269.5221.198 |pmid = 17789847 |język = en |dostęp = o}}</ref>
<ref name="Davis">{{Cytuj |autor = K.B. Davis, M.-O. Mewes, M.R. Andrews, N.J. van Druten, D.S. Durfee |tytuł = Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms |czasopismo = Physical Review Letters |data = 1995 |wolumin = 75 |numer = 22 |s = 3969–3973 |doi = 10.1103/PhysRevLett.75.3969 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Gawlik">{{cytuj |autor = W. Gawlik, W. Jastrzębski, A. Noga, J. Zachorowski, M. Zawada |tytuł = Pierwszy polski kondensat Bosego-Einsteina |czasopismo = Postępy Fizyki |wolumin = 58 |numer = 4 |s = 156 |data = 2007 |url = https://web.archive.org/web/20160305160058/http://prac.us.edu.pl/~ztpce/QM/I_16_PL_BEC_PostFiz.pdf |dostęp = o}}</ref>
<ref name="Greiner">{{Cytuj |autor = Markus Greiner, Cindy A. Regal, Deborah S. Jin |tytuł = Emergence of a molecular Bose–Einstein condensate from a Fermi gas |czasopismo = Nature |data = 2003 |wolumin = 426 |numer = 6966 |s = 537–540 |doi = 10.1038/nature02199 |pmid = 14647340 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Jochim">{{Cytuj |autor = S. Jochim |tytuł = Bose-Einstein Condensation of Molecules |czasopismo = Science |data = 2003 |wolumin = 302 |numer = 5653 |s = 2101–2103 |doi = 10.1126/science.1093280 |pmid = 14615548 |język = en |dostęp = z}}</ref>
<ref name="Zwierlein">{{Cytuj |autor = M.W. Zwierlein, C.A. Stan, C.H. Schunck, S.M.F. Raupach, S. Gupta |tytuł = Observation of Bose-Einstein Condensation of Molecules |czasopismo = Physical Review Letters |data = 2003 |wolumin = 91 |numer = 25 |doi = 10.1103/PhysRevLett.91.250401 |język = en |dostęp = z}}</ref>
</references>

== Linki zewnętrzne ==
* {{Pismo Delta | url = 1996/10/obserwacja-kondensacji-bosego-einsteina/ | autor = Krzysztof Byczuk | tytuł = Obserwacja kondensacji Bosego-Einsteina | data = październik 1996 | data dostępu = 2024-03-25}}
* {{Pismo Delta | url = 2021a/03/2021-03-delta-art-05-pawlowski.pdf | autor = Krzysztof Pawłowski | tytuł = Krople kwantowe | data = marzec 2021 | data dostępu = 2021-09-14}} – artykuł o różnych formach kondensatu, w tym kroplach i supersolidach.
* {{otwarty dostęp}} [[Karolina Głowacka]] i Barbara Piętka, ''[https://www.youtube.com/watch?v=mPbisgX0e3E Kondensat Bosego-Einsteina – ekstremum, które coraz śmielej wykorzystujemy]'', kanał „Radio Naukowe” na [[YouTube]], 26 września 2024 [dostęp 2024-09-26].

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Mechanika kwantowa]]
[[Kategoria:Fizyka materii skondensowanej]]
[[Kategoria:Fizyka atomowa]]
[[Kategoria:Albert Einstein]]