Бозе-Эйнштейн конденсаты: Материяның жаңа күйі

Кіріспе

Материяның күйі

Конденсацияланған материя физикасында Бозе–Эйнштейн конденсаты (BEC) – өте төмен тығыздықтағы бозон газын абсолюттік нөлге (−273,15 °C немесе −459,67 °F) өте жақын температураға дейін салқындатқанда пайда болатын материяның күйі. Мұндай жағдайларда бозондардың көп бөлігі ең төменгі кванттық күйді иеленеді, сол кезде микроскопиялық кванттық механикалық құбылыстар, әсіресе толқындық функциялардың интерференциясы макроскопиялық деңгейде байқалады. Жалпы алғанда, конденсация дегеніміз – бір немесе бірнеше күйлердің макроскопиялық түрде толтырылуының пайда болуы. Мысалы, BCS теориясындағы суперөткізгіш – Купер жұптарының конденсаты болып табылады. Осылайша, конденсация фазалық өтумен байланысты болуы мүмкін, ал күйдің макроскопиялық толтырылуы – тәртіп параметрі. Бозе–Эйнштейн конденсатын алғаш рет 1924–1925 жылдары Альберт Эйнштейн болжаған, бұл жаңа саланың негізін қалаушы Сатьендра Натх Бозедің жұмысына негізделген. 1995 жылы Эрик Корнелл және Карл Виман (Колорадо Боулдер университеті) рубидий атомдарын пайдаланып Бозе–Эйнштейн конденсатын жасады; сол жылдың соңында Вольфганг Кеттерле (MIT) натрий атомдарын қолданып BEC жасады. 2001 жылы Корнелл, Виман және Кеттерле «алкаль металдарының сұйылтылған газдарында Бозе–Эйнштейн конденсациясын жүзеге асырғаны және конденсаттардың қасиеттерін алғашқы фундаментальды зерттеулері үшін» физика саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті.

Тарих

Бозе алғаш Эйнштейнге жарық кванттарының (қазір фотондар деп аталады) кванттық статистикасы туралы мақала жіберді, онда ол классикалық физикаға сілтеме жасамастан Планктың кванттық сәулелену заңын шығарды. Эйнштейн әсерленді, мақаланы өзі ағылшын тілінен неміс тіліне аударып, Бозе үшін 1924 жылы жарияланған «Физика журналына» (Zeitschrift für Physik) тапсырды. (Бір кезде жоғалған деп есептелген Эйнштейннің қолжазбасы 2005 жылы Лейден университетінің кітапханасынан табылды.) Эйнштейн Бозенің идеяларын тағы екі мақаласында дамытты. Олардың еңбектерінің нәтижесінде Бозе газының түсінігі пайда болды, ол Бозе-Эйнштейн статистикасымен басқарылады және бүтін спинге ие бірдей бөлшектердің статистикалық таралуын сипаттайды, бұл бөлшектер қазір бозондар деп аталады. Бозондар, фотондар және гелий-4 (Гелий-4) сияқты атомдарды қамтитын бөлшектер, кванттық күйді бөлісе алады. Эйнштейн бозондық атомдарды өте төмен температураға дейін салқындату олардың ең төменгі қол жетімді кванттық күйге түсуіне (немесе «конденсаттануына») әкеледі, нәтижесінде материяның жаңа түрі пайда болады деп болжады. 1938 жылы Фриц Лондон BEC-ті гелий-4-тегі суперсұйықтық пен суперөткізгіштіктің механизмі ретінде ұсынды. Бозе-Эйнштейн конденсатын зертханада жасауға жасалған тыраныс 1976 жылы Ұлттық ғылым қорының екі бағдарламалық директоры (Уильям Стуолли және Льюис Носанов) жариялаған мақаладан туды. Бұл төрт тәуелсіз зерттеу тобының дереу ізденісіне әкелді: оларды Исаак Сильвера (Амстердам университеті), Уолтер Харди (Британ Колумбия университеті), Томас Грейтак (Массачусетс технология институты) және Дэвид Ли (Корнелл университеті) басқарды. 1995 жылдың 5 маусымында Эрик Корнелл мен Карл Виман Боулдердегі Колорадо университетінің NIST-JILA зертханасында 170 нанокельвинге (nK) дейін салқындатылған рубидий атомдары газында алғашқы газ конденсатты жасады. Содан кейін Вольфганг Кеттерле МТИ-де натрий атомдары газында Бозе-Эйнштейн конденсатын жасады. Корнелл, Виман және Кеттерле өздерінің жетістіктері үшін 2001 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды. Бұл алғашқы зерттеулер ультрасуық атомдар саласын қалыптастырды, және бүкіл әлемдегі жүздеген зерттеу топтары өздерінің зертханаларында сұйылтылған атомдық булардың BEC-ін жүйелі түрде жасайды. 1995 жылдан бері көптеген басқа атомдық түрлер конденсатталды, сонымен қатар молекулалар, квазибөлшектер және фотондар арқылы BEC-тер жүзеге асырылды. Өзара әрекеттесулер мәнді өзгертеді, ал түзетулерді орташа өріс теориясымен есептеуге болады. Бұл формула Бозе-Эйнштейн статистикасын қолдана отырып, Бозе газындағы газдың дегенерациясын табу арқылы алынған.

Bose first sent a paper to Einstein on the quantum statistics of light quanta (now called photons), in which he derived Planck's quantum radiation law without any reference to classical physics. Einstein was impressed, translated the paper himself from English to German and submitted it for Bose to the Zeitschrift für Physik, which published it in 1924. (The Einstein manuscript, once believed to be lost, was found in a library at Leiden University in 2005.) Einstein then extended Bose's ideas to matter in two other papers. The result of their efforts is the concept of a Bose gas, governed by Bose–Einstein statistics, which describes the statistical distribution of identical particles with integer spin, now called bosons. Bosons, particles that include the photon and atoms such as helium 4 (Helium 4), are allowed to share a quantum state. Einstein proposed that cooling bosonic atoms to a very low temperature would cause them to fall (or "condense") into the lowest accessible quantum state, resulting in a new form of matter. In 1938, Fritz London proposed the BEC as a mechanism for superfluidity in Helium 4 and superconductivity. The quest to produce a Bose–Einstein condensate in the laboratory was stimulated by a paper published in 1976 by two program directors at the National Science Foundation (William Stwalley and Lewis Nosanow). This led to the immediate pursuit of the idea by four independent research groups; these were led by Isaac Silvera (University of Amsterdam), Walter Hardy (University of British Columbia), Thomas Greytak (Massachusetts Institute of Technology) and David Lee (Cornell University). On 5 June 1995, the first gaseous condensate was produced by Eric Cornell and Carl Wieman at the University of Colorado at Boulder NIST–JILA lab, in a gas of rubidium atoms cooled to 170 nanokelvins (nK). Shortly thereafter, Wolfgang Ketterle at MIT produced a Bose–Einstein Condensate in a gas of sodium atoms. For their achievements Cornell, Wieman, and Ketterle received the 2001 Nobel Prize in Physics. These early studies founded the field of ultracold atoms, and hundreds of research groups around the world now routinely produce BECs of dilute atomic vapors in their labs. Since 1995, many other atomic species have been condensed, and BECs have also been realized using molecules, quasi particles, and photons.). Interactions shift the value, and the corrections can be calculated by mean field theory. This formula is derived from finding the gas degeneracy in the Bose gas using Bose–Einstein statistics.

Грос Питаевский моделінің әлсіз жақтары

Грос-Питаевскийдің ББК моделі – ББК-нің белгілі бір кластары үшін жарамды физикалық жуықтау. Құрылымы бойынша GPE келесі жеңілдетулерді пайдаланады: ол конденсат бөлшекшелерінің өзара әрекеттесуі контактілі екі денелі типте болады деп есептейді және өзіндік энергияға аномальды үлес енгізуді ескермейді. Бұл шарттар көбінесе сұйытылған үш өлшемді конденсаттар үшін қолайлы. Егер осы шарттардың кез келгенінен бас тартса, конденсат толқындық функциясының теңдеуі толқындық функциясының жоғары дәрежелі қуаттарын қамтитын мүшелерді қосады. Сонымен қатар, кейбір физикалық жүйелер үшін мұндай мүшелердің саны шексіз болып шығуы мүмкін, сондықтан теңдеу негізінен полиномдық емес. Мұның болуы мүмкін мысалдары – Бозе-Ферми композиттік конденсаттары, тығыз конденсаттар, және суперсұйық кластерлер мен тамшылар. Осы жағдайда Грос-Питаевский теңдеуінен ары қарай өту қажет. Мысалы, логарифмдік Шредингер теңдеуінде табылган логарифмдік мүше Грос-Питаевский теңдеуіне Гинцбург-Собяниннің үлесімен бірге қосылуы керек, сонда ғана дыбыс жылдамдығының өте төмен температурада гелий-4 қысымының куб түбіріне пропорционалды екендігі дұрыс анықталады, бұл эксперименттік деректермен толық сәйкес келеді.

Басқа

Алайда, жалпы жағдайда Бозе-Эйнштейн конденсатының мінез-құлқы конденсат тығыздығы, суперфлюидтік жылдамдығы және элементарлық қоздырғыштардың таралу функциясы үшін біріктірілген эволюциялық теңдеулермен сипатталуы мүмкін екені анық. Бұл мәселені 1977 жылы Пелетминский және авторлар микроскопиялық тәсілмен шешті. Пелетминский теңдеулері критиктік нүктеден төмен кез келген шекті температурада қолданылады. Бірнеше жыл өткен соң, 1985 жылы Киркпатрик пен Дорфман басқа микроскопиялық тәсіл қолданып, ұқсас теңдеулерді алды. Пелетминский теңдеулері сондай-ақ шектес жағдай ретінде суперфлюид үшін Халатниковтың гидродинамикалық теңдеулерін қайта жасайды.

BEC және Ландау критерийлерінің өтімділігі

Бозе газының суперсұйықтығы және күшті байланысқан Ферми газының (Купер жұптарының газы) суперөткізгіштігі Бозе-Эйнштейн конденсациясына тығыз байланысты. Тиісті жағдайларда, фазалық өту температурасынан төмен, бұл құбылыстар гелий-4 және әртүрлі кластағы суперөткізгіштерде байқалды. Осы тұрғыдан алғанда, суперөткізгіштік жиі Ферми газының суперсұйықтығы деп аталады. Суперсұйықтықтың ең қарапайым түріндегі себебі әлсіз өзара әрекеттесетін бозон модельінен көрінеді.

Супертірісті гелий-4

1938 жылы Пётр Капица, Джон Аллен және Дон Мизенер гелий-4 температурасы 2,17 К-ден төмен түскенде (ламбда нүктесі) жаңа типтегі сұйықтыққа айналатынын, қазір суперсұйықтық деп аталатынын тапты. Суперсұйықтық гелийдің көптеген ерекше қасиеттері бар, оның ішінде нөлдік тұтқырлық (энергияны жоғалтпай ағу қабілеті) және квантталған вихрьлердің болуы. Суперсұйықтықтың себебі сұйықтың ішінара Бозе-Эйнштейн конденсациясына байланысты деген тұжырымға тез келді. Шындығында, суперсұйықтық гелийдің көптеген қасиеттері Корнелл, Виман және Кеттерле жасаған газ конденсаттарында да байқалады (төменде қараңыз). Суперсұйықтық гелий-4 газ емес, сұйық, яғни атомдар арасындағы өзара әрекеттесу салыстырмалы түрде күшті; оны сипаттау үшін Бозе-Эйнштейн конденсациясының бастапқы теориясын күрт өзгерту қажет. Дегенмен, Бозе-Эйнштейн конденсациясы гелий-4-тің суперсұйықтық қасиеттерінің негізін құрайды. Гелий-3, фермион, де төмен температурада суперсұйықтық фазаға өтеді, бұл екі атомнан тұратын бозондық Купер жұптарының пайда болуымен түсіндіріледі (фермиондық конденсатқа да қараңыз).

Сұйытылған атомдық газдар

Алғашқы "таза" Бозе-Эйнштейн конденсатын Эрик Корнелл, Карл Виман және JILA-дағы әріптестері 1995 жылдың 5 маусымында жасады. Райс университетінде Рэндалл Хьюлет басқарған топ JILA жұмысынан бір ай өткен соң литий атомдарының конденсатын жариялады.

Квазибөлшектер

Бозе–Эйнштейн конденсациясы қатты денедегі квазибөлшектерге де қатысты. Магнондар, экситондар және поляритондар бүтін спинге ие, яғни олар конденсат құрай алатын бозондар. Магнондар, электрон спинінің толқындары, магнит өрісімен басқарылуы мүмкін. Аз тығыздықтағы газдың лимитінен бастап, күшті өзара әрекеттесетін Бозе сұйықтығына дейінгі тығыздықтар мүмкін. Магниттік реттелу – суперфлюидтің аналогы. 1999 жылы антиферромагниттік затта оптикалық сорғылау арқылы конденсация дәлелденді. Экситондар, электрон-тесік жұптары, 1961 жылы Буэр және авторлар тобы төмен температурада және жоғары тығыздықта конденсацияланады деп болжаған. 2003 жылы Холл кернеуінің жоғалуы арқылы бислойлы жүйедегі эксперименттер алғаш рет конденсацияны көрсетті. 2005 жылдан бастап субкельвин температурадағы Cu2O-да конденсаттарды қалыптастыру үшін жылдам оптикалық экситонды жасау қолданылды. Поляритондық конденсация алғаш рет 5 К температурада сақталған кванттық құдық микроқуысында экситондық поляритондар үшін анықталды.

Жасалма ауырлық

2020 жылдың маусым айында Халықаралық ғарыш станциясындағы «Салқын атом» зертханасының эксперименті рубидий атомдарының BEC-ін сәтті құрастырып, оларды еркін түсу кезінде бір секундтан астам уақыт бойы бақылады. Бұл бастапқыда жұмыс істеуін растау мақсатында болғанымен, алғашқы нәтижелер ХҒС-тің микрогравитациялық ортасында атомдардың шамамен жартысының BEC негізгі бөлігінің айналасында магниттік әсерге бейтарап, гало тәрізді бұлтқа айналғанын көрсетті.

Тартымды өзара іс-қимыл

1995 жылдан 2000 жылға дейін Райс университетінде Рэндалл Хьюлет басқарған тәжірибелер литий конденсаттарының тартымды өзара әрекеттесуімен бірге белгілі бір атом санына дейін тұрақты болуға болатынын көрсетті. Газды жылдам салқындату арқылы олар конденсаттың өсіп, кейін тартымды күш шектеу потенциалының нөлдік энергиясын басып өткенде құлдырайтынын байқады. Бұл құбылыс суперноваға ұқсас жарылысқа алып келді, ал жарылыстан бұрын имплозия болды. 2000 жылы Корнелл, Виман және олардың әріптестерінен құралған JILA тобы тартымды конденсаттар бойынша қосымша зерттеулер жүргізді. Олардың құралдары қазір жақсырақ бақылау мүмкіндігіне ие болғандықтан, табиғи түрде тартымды рубидий-85 атомдарын (теріс атом-атом шашырау ұзындығына ие) пайдаланды. Магниттік өрісті өзгерту және спин-флип соқтығысуларын тудыратын Фешбах резонансын қолдану арқылы рубидий атомдарының байланысу энергиясын төмендетіп, Rb-85 атомдарын итергіш етіп, тұрақты конденсат жасады. Тартымдылықтан итергіштікке өту кванттық интерференция нәтижесінде туындайды, бұл конденсаттағы толқын тәрізді атомдар арасындағы әрекеттесуге байланысты. JILA тобы магниттік өрістің күшін одан әрі арттырғанда, конденсат кенеттен тартымды күшке қайта оралды, имплозияға ұшырады және анықтау мүмкін болмайтын деңгейге дейін қысқарды, содан кейін жарылып, 10 000 атомының үштен екісін шығарды. Конденсаттағы атомдардың шамамен жартысы эксперименттен мүлдем жоғалып кеткендей көрінді, олар суық қалдықтарда немесе кеңейіп жатқан газ бұлтында табылған жоқ.

Қазіргі зерттеулер

Материяның кең таралған күйлерімен салыстырғанда Бозе-Эйнштейн конденсаттары өте сезімтал. Сыртқы ортамен кез келген минималды әрекеттесу оларды конденсация шегінен асырып, олардың ерекше қасиеттерін жойып, қалыпты газға айналдыруға жеткілікті. Дегенмен, олар фундаменталды физикадағы көптеген сұрақтарды зерттеуде өте пайдалы болды және JILA және MIT топтарының бастапқы ашылуларынан бері тәжірибелік және теориялық зерттеулердің қарқыны артып келеді. Мысалдарға толқын-бөлшек дуалдығынан туындаған конденсаттар арасындағы интерференцияны көрсету, суперсұйықтықты және квантталған вихрьтерді зерттеу, Бозе конденсаттарынан бірөлшемді шектеулі жарқын материя толқынының солитондарын жасау және электромагниттік түрлендіру арқылы жарық импульстарын өте төмен жылдамдыққа дейін баяулату жатады. Бозе-Эйнштейн конденсаттарындағы вихрьтер қазір аналогты гравитациялық зерттеулердің нысаны болып табылады, олар зертханада қара тесіктер мен олармен байланысты құбылыстарды модельдеу мүмкіндігін зерттейді. Экспериментаторлар "оптикалық торларды" да жасады, онда лазерлердің араласуының нәтижесінде периодтық потенциал туындайды. Бұл суперсұйықтық пен Мотт оқшаулағышы арасындағы өтуді зерттеу үшін қолданылды және Бозе-Эйнштейн конденсациясын үш өлшемнен кем зерттеуге, мысалы, Тонкс-Жирадо газына қатысты пайдалы болуы мүмкін. Сонымен қатар, Галлер алғаш байқағандай, бірөлшемді оптикалық тордағы күшті өзара әрекеттесетін бозондардың бекітілуіне қатысты сезімталдық, бастапқы оптикалық торды екінші, әлсіз тормен өзгерту арқылы зерттелді. Нәтижесінде, пайда болған әлсіз бихроматикалық оптикалық тор үшін бекітілу өтуі әлсіз екінші оптикалық тордың енгізілуіне төзімді екені анықталды. Бозе-Эйнштейн конденсаттарындағы біркелкі емес вихрьтерді және осы жүйелерге қозғалмалы немесе тартымды кедергілерді қолдану арқылы олардың қоздырылуын зерттеу жұмыстары да жүргізілді. Осы контексте, тұтқынға алынған Бозе-Эйнштейн конденсатының динамикасындағы тәртіп пен хаос жағдайлары, уақытқа тәуелді Гросс-Питаевский теңдеуі арқылы көк және қызыл лазерлік сәулелерді (резонанстық жиіліктен сәл жоғары және төмен жиіліктерде) қолдану арқылы зерттелді. Әртүрлі изотоптардан тұратын Бозе-Эйнштейн конденсаттары жасалды. Фермиондарды өте төмен температураға дейін салқындату Паулидің тыйым салу принципіне бағынатын дегенерациялық газдарды құрады. Бозе-Эйнштейн конденсациясын көрсету үшін фермиондар бозондық қосылыс бөлшектерін (мысалы, молекулалар немесе Купер жұптарын) құру үшін "жұптасуы" керек. Алғашқы молекулалық конденсаттар 2003 жылдың қараша айында Инсбрук университетіндегі Рудольф Гримм, Боулдердегі Колорадо университетіндегі Дебора С. Джин және МТИ-дегі Вольфганг Кеттерле топтары тарапынан жасалды. Джин сол жүйемен жұмыс істей отырып, бірақ молекулалық режимнен тыс, алғашқы фермиондық конденсатты жасауға үлкерді. 1999 жылы Дания физигі Лене Хау Гарвард университетінің командасын басқарып, жарық сәулесін секундына 17 метр жылдамдыққа дейін баяулатты. Хау және оның әріптестері конденсат атомдарының тобын жарық импульсінен кері қайтарды, олар жарықтың фазасы мен амплитудасын жазды, оны екінші, жақын жердегі конденсат қалпына келтірді, оны "баяу жарық арқылы атомдық материя толқынының күшеюі" деп атады, Бозе-Эйнштейн конденсаттарын қолдана отырып. Сол команда 2017 жылы ғарышта Бозе-Эйнштейн конденсатын алғаш рет жасады және ол Халықаралық ғарыш станциясындағы екі жобаның тақырыбы болып табылады. Атомтрониканың жаңа саласындағы зерттеушілер материялық толқындық схемалардың жаңа кванттық технологиясында Бозе-Эйнштейн конденсаттарының қасиеттерін пайдаланады. 1970 жылы Эммануэль Дэвид Танненбаум БЭК-ті жасырын технологияға қарсы қолдануды ұсынды. 2020 жылы зерттеушілер суперөткізгіш БЭК-тің дамуын хабарлады және БЭК пен Бардин-Купер-Шриффер режимдері арасында "тегіс өту" бар екенін көрсетті.

Compared to more commonly encountered states of matter, Bose–Einstein condensates are extremely fragile. The slightest interaction with the external environment can be enough to warm them past the condensation threshold, eliminating their interesting properties and forming a normal gas. Nevertheless, they have proven useful in exploring a wide range of questions in fundamental physics, and the years since the initial discoveries by the JILA and MIT groups have seen an increase in experimental and theoretical activity. Examples include experiments that have demonstrated interference between condensates due to wave–particle duality, the study of superfluidity and quantized vortices, the creation of bright matter wave solitons from Bose condensates confined to one dimension, and the slowing of light pulses to very low speeds using electromagnetically induced transparency. Vortices in Bose–Einstein condensates are also currently the subject of analogue gravity research, studying the possibility of modeling black holes and their related phenomena in such environments in the laboratory. Experimenters have also realized "optical lattices", where the interference pattern from overlapping lasers provides a periodic potential. These have been used to explore the transition between a superfluid and a Mott insulator, and may be useful in studying Bose–Einstein condensation in fewer than three dimensions, for example the Tonks–Girardeau gas. Further, the sensitivity of the pinning transition of strongly interacting bosons confined in a shallow one dimensional optical lattice originally observed by Haller has been explored via a tweaking of the primary optical lattice by a secondary weaker one. Thus for a resulting weak bichromatic optical lattice, it has been found that the pinning transition is robust against the
introduction of the weaker secondary optical lattice. Studies of vortices in nonuniform Bose–Einstein condensates as well as excitations of these systems by the application of moving repulsive or attractive obstacles, have also been undertaken. Within this context, the conditions for order and chaos in the dynamics of a trapped Bose–Einstein condensate have been explored by the application of moving blue and red detuned laser beams (hitting frequencies slightly above and below the resonance frequency, respectively) via the time dependent Gross Pitaevskii equation. Bose–Einstein condensates composed of a wide range of isotopes have been produced. Cooling fermions to extremely low temperatures has created degenerate gases, subject to the Pauli exclusion principle. To exhibit Bose–Einstein condensation, the fermions must "pair up" to form bosonic compound particles (e. g. molecules or Cooper pairs). The first molecular condensates were created in November 2003 by the groups of Rudolf Grimm at the University of Innsbruck, Deborah S. Jin at the University of Colorado at Boulder and Wolfgang Ketterle at MIT. Jin quickly went on to create the first fermionic condensate, working with the same system but outside the molecular regime. In 1999, Danish physicist Lene Hau led a team from Harvard University which slowed a beam of light to about 17 meters per second using a superfluid. Hau and her associates have since made a group of condensate atoms recoil from a light pulse such that they recorded the light's phase and amplitude, recovered by a second nearby condensate, in what they term "slow light mediated atomic matter wave amplification" using Bose–Einstein condensates. The same team demonstrated in 2017 the first creation of a Bose–Einstein condensate in space and it is also the subject of two upcoming experiments on the International Space Station. Researchers in the new field of atomtronics use the properties of Bose–Einstein condensates in the emerging quantum technology of matter wave circuits. In 1970, BECs were proposed by Emmanuel David Tannenbaum for anti stealth technology. In 2020, researchers reported the development of superconducting BEC and that there appears to be a "smooth transition between" BEC and Bardeen–Cooper–Shrieffer regimes.

Боз-Эйнштейн үздіксіз конденсациясы

Булау арқылы салқындатудың шектеулері атомдық БЭК-терді "импульстік" режимде жұмыс істеуге шектеді, бұл өте тиімсіз жұмыс циклін білдіреді, ол БЭК-ке жету үшін 99%-дан астам атомдарды жояды. Ұдайы БЭК-ке қол жеткізу эксперименталды БЭК зерттеулеріндегі маңызды ашық мәселе болып келді, оны Ұдайы оптикалық лазерді жасауға түрткі болған себептер жетеледі: Ұдайы өндірілетін жоғары ағынды, жоғары когерентті материя толқындары жаңа сезімталдық қолдануларға мүмкіндік береді. Ұдайы БЭК-ке алғаш рет 2022 жылы қол жеткізілді.

Қара зат

П. Сикиви мен К. Янг суық қара материя аксиондары гравитациялық өзара әрекеттесудің нәтижесінде терморезоляция арқылы Бозе-Эйнштейн конденсатын қалыптастыратынын көрсетті. Аксиондардың бар екені әлі расталмаған. Дегенмен, оларды іздеу Вашингтон университетіндегі Axion Dark Matter Experiment (ADMX) жаңартуларын 2018 жылдың басында аяқтау арқылы едәуір күшейді. 2014 жылы Юлих зерттеу орталығында шамамен 2380 МэВ-та потенциалдық дибарьон анықталды. Орталық бұл өлшемдер 2011 жылғы нәтижелерді көбірек қайталанатын әдіс арқылы растайтынын мәлімдеді. Бұл бөлшек 10−23 секундқа дейін өмір сүрді және d*(2380 деп аталды. Бұл бөлшектің үш жоғары және үш төмен кварктан тұратыны болжанады. Теория бойынша, d* (d жұлдыздар) топтары ерте ғаламдағы басым төмен температуралардың салдарынан Бозе-Эйнштейн конденсаттарын қалыптастыра алады, ал мұндай электрондары бар гексакварктардан жасалған БЭК (BEC) қара материя сияқты мінез-құлық танытуы мүмкін.

Изотоптар

Бұл әсер негізінен тұзақтармен жұмыс істеуге ең қолайлы ядролық қасиеттері бар сілтілік атомдарда байқалады. 2012 жылға дейін, өте төмен температурада немесе одан да төмен температурада Бозе-Эйнштейн конденсаттары көптеген изотоптар үшін алынды, негізінен сілті металдары, сілтілік жер металдары және лантаноид атомдары (Литий 7, Натрий 23, Калий 39, Калий 41, Рубидий 85, Рубидий 87, Цезий 133, Хром 52, Кальций 40, Стронций 84, Стронций 86, Стронций 88, Иттербий 174, Диспрозий 164 және Эрбий 168). Жаңа әзірленген "буландыру арқылы салқындату" әдісінің көмегімен сутегі бойынша зерттеулер, ақыры, сәтті аяқталды. Керісінше, гелий-4-тің 2,17 К-тен төменгі температурадағы суперфлюидтік күйі жақсы мысал емес, себебі атомдар арасындағы өзара әрекеттесу тым күшті. Абсолютті нөлге жақын тұзақтың негізгі күйінде бар болғаны 8% атом ғана болады, ал нағыз конденсатта 100% болуы керек. Осы сілтілік газдардың кейбір бозондық мінез-құлқы бірінші көзқараста ерекше болып көрінеді, өйткені олардың ядроларында жартылай бүтін сан спин болады. Бұл электрондық және ядролық спиндердің нәзік өзара әрекеттесуінен туындайды: өте төмен температурада және сәйкес қоздыру энергияларында электрондық қабықтың жартылай бүтін спині мен ядроның жартылай бүтін спині өте әлсіз гиперфиналық өзара әрекеттесу арқылы байланысады. Осы байланыстан туындайтын атомның жалпы спині – бүтін саннан кіші мән. Бөлме температурасындағы жүйелердің химиясы электрондық қасиеттерімен анықталады, ол негізінен фермиондық, себебі бөлме температурасындағы жылулық қоздырулар гиперфиналық мәндерден әлдеқайда жоғары энергияға ие.

Көркем шығармаларда

2016 жылы түсірілген "Спектрл" фильмінде АҚШ әскері Бозе-Эйнштейн конденсаттарынан жасалған мистикалық жау жаратылыстарымен күреседі. 2003 жылы жарық көрген "Соқыр көл" романында ғалымдар 51 жарық жылы қашықтықтағы планетадағы саналы тіршілікті, Бозе-Эйнштейн конденсаттарына негіделген кванттық компьютерлермен қуатталған телескоптар арқылы бақылайды. "Mass Effect" видео ойындарының сериясында крионикалық оқ-дәрілері бар, олардың сипаттамасы Бозе-Эйнштейн конденсаттарымен толтырылған дейді. Оқ тиген кезде жарылып, жауға өте суық сұйықтық шашырайды.