Kondensat Bosego-Einsteina

Nowy stan materii dwaj fizycy przewidzieli w roku 1925, ale w laboratorium udało się go stworzyć dopiero w roku 1995, a w 1999 wykonano za jego pomocą spektakularny eksperyment.

Sateyendra Nath Boze zgłosił się do Alberta Einsteina w roku 1924 po tym jak nikt nie chciał opublikować jego pracy naukowej o statystyce kwantowej fotonów. Einstein był pod wrażeniem, przetłumaczył i zgłosił pracę do publikacji w imieniu Bosego, a następnie rozwinął jego myśl z domeny światła na domenę materii. Einstein przewidział, że schładzając do temperatury zbliżonej do zera absolutnego gaz z cząsteczkami o identycznym spinie, zwanych obecnie bozonami, spowodujemy że wszystkie wpadną, lub skondensują się, w najniższe stany kwantowe.

Obrazowo można powiedzieć, że cząsteczki w cieple mają stan gazowy, jak je odpowiednio schłodzimy to staną się cieczą, jak dalej schłodzimy to przyjmą stan stały. W przypadku kondensatu Bosego-Einsteina mamy do czynienia z nowym stanem, w którym materia głupieje i zaczyna zachowywać się jak fala. O tym, że światło ma naturę korpuskularno-falową uczymy się w szkole średniej. Przechodzimy nad tym do porządku dziennego jakby to było oczywiste, że zwierzę jest raz żyrafą, raz małpą, a innym razem jednym i drugim jednocześnie. Światło kiedy zachowuje się jak strumień cząstek, potrafi przemierzać próżnie kosmosu i wywierać ciśnienie. Z kolei kiedy zachowuje się jak fala, wytwarza prążki interferencyjne i rozszczepia się na pryzmacie w zależności od długości fali.  Nie wiemy dlaczego tak jest, ale wiemy już że materia też przejawia taki dualizm.

Pierwszy kondensat Bosego-Einsteina udało się w praktyce wytworzyć zespołowi Uniwersytetu w Kolorado, kiedy schłodzono rzadki metal, rubid do temperatury zbliżonej do -273C. Za osiągnięcie to, po siedemdziesięciu latach od teoretycznych przewidywań nowego stanu materii, otrzymali w 2001 roku nagrodę Nobla.

W 1999 roku inny zespół, na Uniwersytecie w Harvardzie wpadł na pomysł, aby wpuścić do kondensatu Bosego-Einsteina impulsy światła. Wszyscy wiemy, że nic nie porusza się szybciej od światła w próżni. Wiadomo też, że światło przechodząc przez inne ośrodki, np. wodę nieco zwalnia, ale dalej porusza się bardzo szybko. Okazuje się, że w kondensacie Bosego-Einsteina światło zwalnia 18 milionów razy do prędkości 61km/h, czyli prędkości niezbyt szybko jadącego samochodu. Ba, można by się do tej prędkości rozpędzić nawet na rowerze.

Wewnątrz kondensatu światło nie dość że mocno zwalnia, to mocno się ścieśnia, kompresuje. Po wyjściu z kondensatu światło wraca do normy, pędzi z normalną chyżością i z powrotem rozprostowuje kości. Świat nie jest taki jak się wydaje, a jak ktoś twierdzi że to wszystko rozumie, to prawdopodobnie jest następnym Einsteinem.

Źródło grafiki: physastro.pomona.edu