玻色-爱因斯坦凝聚态

玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC),一个独立的物质状态原子或亚原子粒子冷却到接近绝对零度(0K−273.15°C,或−459.67°F;K =开尔文),合并成一个量子力学实体是一个可以描述的波函数——一个near-macroscopic规模。这种形式的问题是预测在1924年阿尔伯特·爱因斯坦的基础上量子配方的印度物理学家Satyendra Nath玻色。

虽然已经预测了几十年,第一个原子BEC仅在1995年,当埃里克·康奈尔和Carl WiemanJILA的研究机构共同经营的国家标准与技术研究院(NIST)和科罗拉多大学在博尔德,冷却气体的铷原子1.7×10⁻⁷K绝对零度以上。随着沃尔夫冈Ketterle的麻省理工学院的(麻省理工学院)创建了一个BEC钠原子,这些研究人员获得了2001年诺贝尔奖物理学奖。扩大了研究bec量子的理解物理并发现新的物理效应。

BEC理论追溯回1924年,Bose考虑如何组织的光子的行为。两大阶级的光子属于一个小学或亚微观的粒子定义为他们的量子自旋是一个非负整数(0、1、2、…)或一个奇怪的半整数(1/2,3/2,…)。前类型玻色子,包括光子的自旋是1。后者类型,称为费米子,包括电子,其自旋1/2。

Bose指出,这两个类的行为会有所不同(看到“bose - einstein”和费米狄拉克统计)。根据泡利不相容原理,费米子避免对方,原因组中的每一个电子占据了一个单独的量子态(不同量子数,如电子的能量)。相比之下,无限的玻色子可以有相同的能量状态和分享一个量子态。

爱因斯坦很快扩展玻色的工作表明,在极低的温度下“原子玻色子”连旋转将合并到一个共享量子态最低的可用能量。必要的方法产生的温度足够低测试爱因斯坦的预测并没有成为实现,然而,直到1990年代。的一个突破取决于激光冷却和捕获的新技术,在辐射压力的激光梁冷却并定位原子通过减缓下来。(这项工作,法国物理学家克劳德Cohen-Tannoudji和美国的物理学家朱棣文(Steven Chu)和威廉·d·菲利普斯分享了1997年诺贝尔物理学奖)。第二个突破取决于改善磁约束为了保持原子没有材料容器。使用这些技术,康奈尔大学和曼成功地合并约2000单个原子成“superatom,”一个冷凝足以用显微镜观察,显示不同的量子特性。曼描述了成就,“我们把它带到一个几乎人类的规模。我们可以戳戳它,看看这个没有人能够。”

bec相关两个引人注目的低温现象:超流态,每一个氦同位素³他和⁴他形成了一个液体与零流摩擦;和超导,电子穿过材料零电阻。⁴他虽然原子玻色子³他原子和电子费米子,他们也可以接受玻色冷凝如果他们与相反的自旋配对形成bosonlike州零净自旋。JILA的黛博拉•金在2003年和她的同事们使用成对的费米子创建第一个原子费密子冷凝。

BEC原子与光物理研究取得了新的,等原子1996年激光Ketterle演示。传统的激光器发出一束光连贯的光子;他们都是完全的阶段,可以聚焦到一个非常小的亮点。同样,一个原子激光产生的原子相干光束可以聚焦在高强度。潜在的应用包括更为精确的原子钟和增强技术使电子芯片,或集成电路。

bec的最有趣的特性是它们能减缓光。1998年琳恩Hau的哈佛大学和她的同事们光穿越BEC放缓速度3×10的真空⁸米每秒仅17米/秒,约38英里每小时。从那时起,Hau和其他人完全停止和存储光脉冲在BEC,后释放光不变或将其发送给第二个BEC。这些操作的承诺为新类型的光学电信,光存储的数据,量子计算不过,bec的低温要求提供实际困难。