เมื่อเวลา 10.54 น. ของวันจันทร์ที่ 5 มิถุนายน พ.ศ. 2538 กลุ่มนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการ ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด ได้สร้างสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อน นั่นคือคอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์ที่ทำจากอะตอม และเพื่อนร่วมงานได้สร้างสถานะใหม่ของสสารโดยการทำให้ก๊าซของอะตอมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิเพียง 170 nK สิ่งนี้เย็นมากจนความยาวคลื่นของอะตอม เทียบได้กับระยะห่างระหว่าง
พวกมัน
ทำให้อะตอมควบแน่นเป็นสถานะพื้นควอนตัมเดียวกัน ความก้าวหน้าในโบลเดอร์เริ่มต้นช่วงเวลาอันเข้มข้นของการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะตอมที่เย็นจัดซึ่งยังคงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ และมีความเกี่ยวข้องกับหัวข้อต่างๆ เช่น ของไหลยิ่งยวดและเอกภพในยุคแรกเริ่ม
ภายในไม่กี่เดือนนับจากการสังเกตการณ์ครั้งแรก กลุ่มของแรนดี ฮูเล็ตที่มหาวิทยาลัยไรซ์ในเท็กซัสก็พบการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ในลิเธียม-7 และในโซเดียม-23 และวูล์ฟกัง เคตเทอร์เลและเพื่อนร่วมงานที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในโซเดียม-23 และเมื่อถึงเวลา
ร่วมรับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2544คอนเดนเสทก็ถูกพบในไฮโดรเจน ฮีเลียม และโพแทสเซียม-41 ยิ่งไปกว่านั้น ขอบเขตใหม่ของการวิจัยกำลังเปิดขึ้น นั่นคือการศึกษาก๊าซ“สิ่งที่เกิดขึ้นในปีที่ผ่านมากับก๊าซ มีเพียงการค้นพบคอนเดนเสทครั้งแรกในปี 1995 เท่านั้น” “แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น
การวิจัยเกี่ยวกับก๊าซ กำลังเชื่อมโยงกับความท้าทายทางปัญญามากมายในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น เช่น ของไหลยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวด อำนาจแม่เหล็ก และอื่นๆ” เฟอร์มิออนและโบซอนอะตอมทั้งหมด อนุภาคทั้งหมด ตกอยู่ในหนึ่งในสองคลาสพื้นฐาน ขึ้นอยู่กับค่าของโมเมนตัมเชิงมุมที่แท้จริงหรือ “สปิน”
ในหน่วยควอนตัม อะตอมที่มีสปิน 1/2, 3/2 และอื่น ๆ คือเฟอร์มิออน ในขณะที่พวกมัน ด้วยการหมุนจำนวนเต็มความแตกต่างชัดเจนที่อุณหภูมิต่ำมาก: โบซอนจำนวนมากสามารถยุบตัวในสถานะควอนตัมเดียวกันเพื่อสร้างคอนเดนเสท ในขณะที่หลักการกีดกันของเพาลีจะป้องกันไม่ให้เฟอร์มิออนทำ
เช่นเดียวกัน
เมื่อก๊าซ ถูกทำให้เย็นลง ระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดจะเติมมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งระดับทั้งหมดที่ต่ำกว่าพลังงานถูกครอบครอง ก๊าซ ที่ “เสื่อมสภาพ” ครั้งแรกดังกล่าวผลิตขึ้นในโพแทสเซียม -40 ในปี 1999
ปีที่แล้ว Jin และเพื่อนร่วมงานก้าวไปอีกขั้นด้วยการผลิต อาจดูเหมือนขัดแย้งกันในแง่หนึ่ง
แต่มันไม่ใช่: อะตอมของเฟอร์มิโอนิกสองอะตอมสามารถรวมพลังกันเพื่อสร้างโมเลกุลหรือเทียบเท่าอะตอมของคู่คูเปอร์ได้ เช่นเดียวกับที่อิเล็กตรอนสร้างคู่ในทฤษฎี ของตัวนำยิ่งยวด โมเลกุลและคู่ทั้งสองทำตัวเป็นโบซอนเพราะทั้งคู่มีจำนวนเต็มหมุน การทดลองเหล่านี้ส่วนใหญ่อาศัยปรากฏการณ์
ที่เรียกว่า เพื่อควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม แสดงให้เห็นครั้งแรกในการควบแน่น และเพื่อนร่วมงานในปี 1998 ได้กลายเป็นเทคนิคสำคัญในการทดลองหลายอย่างเกี่ยวกับก๊าซอะตอมเย็นพิเศษ รวมถึงการควบแน่นของโมเลกุล ในออสเตรียกล่าวว่า “ในยุคแรก ๆ ความแข็งแกร่งของอันตรกิริยา
ระหว่างอะตอมนั้นคงที่” “การค้นพบเสียงสะท้อน ได้เปลี่ยนแปลงสิ่งนี้อย่างสิ้นเชิง และนำไปสู่โลกแห่งการทดลองใหม่” ก๊าซ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นแหล่งผลลัพธ์ใหม่มากมาย เนื่องจากควาร์ก อิเล็กตรอน และอนุภาคสสารพื้นฐานทั้งหมดในธรรมชาติคือเฟอร์มิออน ก๊าซเฟอร์มีที่เสื่อมสภาพ
จึงมีศักยภาพที่จะน่าสนใจยิ่งกว่าอนุภาคโบโซนิกของพวกมัน อย่างไรก็ตามสิ่งนี้มีค่าใช้จ่าย “โดยทั่วไปแล้ว เฟอร์มิออนมีความท้าทายในการทำงานมากกว่าโบซอน” “เนื่องจากความยากลำบากในการทำให้พวกมันเย็นลงและวัดอุณหภูมิของพวกมัน ความท้าทายเหล่านี้ทำให้การทดลองยากขึ้น”
ปัญหา
อย่างหนึ่งคือการชนกันระหว่างอะตอมมีบทบาทสำคัญในการทำให้อะตอมเย็นลง แต่หลักการกีดกันจะป้องกันไม่ให้เฟอร์มิออนที่เหมือนกันเข้าใกล้กันมากเกินไป วิธีหนึ่งในการเอาชนะปัญหานี้คือการผสมโบซอนและเฟอร์มิออนในกับดักเดียวกันและอาศัยการชนกันระหว่างสองสายพันธุ์
ซึ่งหลักการกีดกันไม่ได้ห้ามไว้ เพื่อทำการระบายความร้อน วิธีการนี้เรียกว่าการระบายความร้อนด้วยความเห็นอกเห็นใจ อย่างไรก็ตาม การไม่มีการชนกันอาจเป็นข้อได้เปรียบในการทดลองบางอย่าง อ้างอิงจาก แห่งมหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ในอิตาลี เมื่อใช้ลำแสงของอะตอมที่มีอุณหภูมิเย็นจัด
เพื่อวัดแรงขนาดเล็กในการทดลองอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ตัวอย่างเช่น อะตอมเฟอร์มิโอนิกจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเนื่องจากการชนกันระหว่างโบซอนจะลดความแม่นยำของการวัด สร้างสะพานนักวิจัยส่วนใหญ่ที่ทำงานเกี่ยวกับอะตอมที่เย็นจัดเชื่อว่าเป้าหมายใหญ่ต่อไปในสาขานี้คือการเชื่อมต่อกับพื้นที่อื่น ๆ
ของฟิสิกส์ การสังเกตความเป็นของเหลวยิ่งยวดในก๊าซ ถูกมองว่าเป็นเหตุการณ์สำคัญครั้งต่อไป และเป็นที่ทราบกันทั่วไปในชุมชนว่า และเพื่อนร่วมงานเพิ่งเห็นหลักฐานที่สรุปได้สำหรับสิ่งนี้ในรูปของกระแสน้ำวนเชิงปริมาณในก๊าซหมุนของลิเธียม- 6 อะตอม สิ่งนี้ควรยืนยันหลักฐานที่ตรงไปตรงมา
น้อยกว่าสำหรับของไหลยิ่งยวดที่พบในห้องปฏิบัติการอื่นๆ หลายแห่ง ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการสำรวจการผสมข้ามระหว่างภูมิภาค BEC ซึ่งมีการควบแน่นของโมเลกุลกับระบอบ BCS ซึ่งมีการควบแน่นของอะตอมคู่หนึ่ง นักทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดในสหราชอาณาจักรกล่าวว่า
“มีการทดลองหลายอย่างที่อยู่ระหว่างดำเนินการ แต่เราต้องการทฤษฎีที่ดีกว่านี้เกี่ยวกับปรากฏการณ์เพื่อเป็นแนวทาง” การแข่งขันยังดำเนินต่อไปเพื่อสำรวจคุณสมบัติของก๊าซ Fermi ที่ติดอยู่ในตาข่ายออปติก ซึ่งเป็นภูมิทัศน์ 3 มิติที่พลังงานแปรผันเพื่อสร้างตาข่ายที่สมบูรณ์แบบของยอดเขาและรางน้ำ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
