Обнаружено новое состояние вещества: Бозе-Эйнштейновский конденсат

Лазерный луч отличается от света, испускаемого обычной лампочкой по нескольким параметрам. В лазере все световые частицы имеют одинаковую энергию и колеблются вместе (излучение когерентно и монохроматично). Заставить вещество вести себя подобным контролируемым образом долгое время являлось задачей для исследователей. Нобелевские лауреаты этого года добились успеха: они заставили атомы "петь в унисон", открыв таким образом новое состояние вещества - Бозе-Эйнштейновский конденсат (BEC).

В 1924 г. индийский физик Бозе сделал важные теоретические расчеты, касающиеся частиц света. Он послал свои результаты Эйнштейну, который расширил теорию на атомы определенного типа. Эйнштейн предсказал, что если газ из таких атомов будет охлажден до очень низкой температуры, все атомы внезапно окажутся в состоянии с наименьшей возможной энергией. Процесс похож на образование капель жидкости из газа, поэтому он и был назван конденсацией.

Должно было пройти 70 лет, прежде чем в 1995 г. Нобелевским лауреатам удалось получить вещество в этом экстремальном состоянии. Корнелл и Виман получили чистый конденсат из около 2000 атомов рубидия при температуре 20 нанокельвинов, то есть 0.00000002 градуса выше абсолютного нуля.

Независимо от работы Корнелла и Вимана, Кеттерле осуществил соответствующие эксперименты с атомами натрия. Конденсат, который ему удалось получить, содержал большее количество атомов и мог использоваться для дальнейшего исследования этого явления. Используя два отдельных конденсата, которые имели возможность расширяться один в другой, он получил четкую интерференционную картину. Подобную картину образуют волны на воде, если одновременно бросить в воду два камня. Эксперимент показал, что поведение атомов в конденсате полностью согласовано. Кеттерле также получил маленькие "капли конденсата", падающие под действием силы тяжести. Это можно рассматривать как примитивный "лазерный луч", использующий вещество вместо света.

Представляют интерес предположения о сферах применения BEC. Новый способ "контроля" за веществом с помощью этой технологии может найти революционные применения в таких областях, как прецизионные измерения и нанотехнология.

Управление бозе-эйнштейновским конденсатом Группой исследователей из Германии под руководством J.Reichel разработана методика получения бозе-эйнштейновского конденсата на плоской поверхности и перемещения его вдоль поверхности с помощью электрических полей. На диэлектрическую подложку литографическим способом были нанесены два параллельных золотых проводника шириной 50 мкм. На поверхность этого устройства, называемого чипом, из обычной магнитооптической ловушки поступали атомы рубидия. Магнитное поле тока, текущего через проводники чипа, создавало микроловушку, в которой атомы рубидия охлаждались переменным электромагнитным полем до состояния бозе-эйнштейновского конденсата. Путем пропускания через проводники электрических импульсов удавалось перемещать конденсат вдоль поверхности чипа на расстояния до 1,6 мм. Оказалось, что близость конденсата к поверхности не нарушает когерентности состояний атомов, хотя ранее считалось, что в таких условиях когерентность должна разрушиться.

9 октября 2001 г.Шведская Королевская Академия Наук решила присудить Нобелевскую Премию по физике 2001 года"за достижение Бозе-Эйнштейновской конденсации в разреженных газах щелочных элементов, и за ранние фундаментальные исследования свойств конденсатов".совместно