Bose-Einstein 응축수 (BEC) , 원자 또는 아 원자 입자를 분리하는 물질 상태 절대 제로 (0 에 ,-273.15 ° C 또는-459.67 ° F; K = 켈빈), 단일 양자 역학적 실체, 즉 파동 함수로 설명 할 수있는 실체로 통합하여 거시적 규모에 가깝습니다. 이러한 형태의 물질은 1924 년 Albert Einstein에 의해 예측되었습니다. 양자 인도의 물리학 자 Satyendra Nath Bose의 공식화.
수십 년 동안 예측되었지만 최초의 원자 BEC는 1995 년에 만들어졌습니다. 1995 년에 미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST)와 콜로라도 대학이 공동으로 운영하는 연구 기관인 JILA의 Eric Cornell과 Carl Wieman이 , 루비듐 원자 가스를 1.7 × 10으로 냉각−7절대 0보다 높은 K. BEC를 만든 MIT (Massachusetts Institute of Technology)의 Wolfgang Ketterle과 함께 나트륨 이 연구자들은 2001 년 노벨 물리학상을 받았습니다. BEC에 대한 연구는 양자에 대한 이해를 넓혔습니다. 물리학 그리고 새로운 물리적 효과의 발견으로 이어졌습니다.
BEC 이론은 Bose가 광자 그룹의 동작 방식을 고려한 1924 년으로 거슬러 올라갑니다. 광자는 양자 스핀이 음이 아닌지 여부에 따라 정의되는 두 가지 큰 클래스의 기본 또는 초 미세 입자 중 하나에 속합니다. 정수 (0, 1, 2,…) 또는 홀수 반 정수 (1/2, 3/2,…). 보손이라고하는 전자의 유형은 스핀이 1 인 광자를 포함합니다. 페르미온이라고하는 후자의 유형은 스핀이 1/2 인 전자를 포함합니다.
Bose가 언급했듯이 두 클래스는 다르게 작동합니다 ( 보다 Bose-Einstein 및 Fermi-Dirac 통계). Pauli 배제 원칙에 따르면 페르미온은 서로를 회피하는 경향이 있으므로 그룹의 각 전자는 별도의 양자 상태 (전자 에너지와 같은 다른 양자 수로 표시됨)를 차지합니다. 반대로, 무한한 수의 boson은 동일한 에너지 상태를 가질 수 있고 단일 양자 상태를 공유 할 수 있습니다.
Einstein은 곧 Bose의 연구를 확장하여 극도로 낮은 온도에서 균일 한 스핀을 가진 보소닉 원자가 가장 낮은 가용 에너지에서 공유 양자 상태로 합쳐질 것임을 보여주었습니다. 그러나 아인슈타인의 예측을 테스트 할 수있을 정도로 낮은 온도를 생성하는 데 필요한 방법은 1990 년대까지 달성 할 수 없었습니다. 그 돌파구 중 하나는 레이저 냉각 및 트래핑이라는 새로운 기술에 의존했습니다. 레이저 빔의 복사 압력이 원자를 늦추어 냉각시키고 위치를 지정하는 기술입니다. (이 연구를 위해 프랑스의 물리학 자 Claude Cohen-Tannoudji와 미국의 물리학 자 Steven Chu와 William D. Phillips는 1997 년 노벨 물리학상을 공유했습니다.) 두 번째 돌파구는 물질없이 원자를 제자리에 고정하기위한 자기 구속의 개선에 달려 있습니다. 컨테이너. 이러한 기술을 사용하여 Cornell과 Wieman은 약 2,000 개의 개별 원자를 현미경으로 관찰 할 수있을만큼 큰 응축 물인 수퍼 원자로 병합하는 데 성공했습니다. Wieman이 업적을 설명했듯이 우리는 거의 인간적인 규모로 가져 왔습니다. 우리는 그것을 찌르고 찌르고 이전에는 아무도 할 수 없었던 방식으로 이것을 볼 수 있습니다.
BEC는 두 가지 현저한 저온 현상과 관련이 있습니다. 각각의 헬륨 동위 원소가있는 초 유동성삼그와4그는 0으로 흐르는 액체를 형성합니다. 마찰 ; 및 초전도, 전자가 0 인 물질을 통해 이동 전기 저항 .4그는 원자는 bosons이지만삼원자와 전자는 페르미온이며 Bose를 겪을 수도 있습니다. 응축 그들이 반대 스핀과 짝을 이루어 순 스핀이 0 인 bosonlike 상태를 형성한다면. 2003 년 JILA의 Deborah Jin과 그녀의 동료들은 쌍을 이루는 페르미온을 사용하여 최초의 원자 페르미온 응축 물을 생성했습니다.
BEC 연구는 1996 년에 시연 된 원자 레이저 Ketterle과 같은 새로운 원자 및 광학 물리학을 산출했습니다. 기존의 광 레이저는 일관된 광자; 그들은 모두 정확하게 단계 매우 작고 밝은 부분에 초점을 맞출 수 있습니다. 마찬가지로 원자 레이저는 고강도로 초점을 맞출 수있는 일관된 원자 빔을 생성합니다. 잠재적 인 응용 분야에는보다 정확한 원자 시계와 향상된 전자 칩을 만드는 기술 또는 집적 회로 .
BEC의 가장 흥미로운 특성은 빛을 늦출 수 있다는 것입니다. 1998 년 Harvard University의 Lene Hau와 동료들은 진공 상태에서 3 × 10의 속도에서 BEC를 통과하는 빛의 이동 속도를 늦췄습니다.8초당 미터에서 초당 17 미터, 또는 시속 약 38 마일입니다. 그 이후로 Hau와 다른 사람들은 BEC 내에서 광 펄스를 완전히 중지하고 저장했으며 나중에 빛을 변경하지 않고 방출하거나 두 번째 BEC로 보냅니다. 이러한 조작은 새로운 유형의 조명 기반 통신 , 광학 저장 BEC의 저온 요구 사항은 실질적인 어려움을 제공하지만 데이터 및 양자 컴퓨팅.
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