Hasil pemeluwapan Bose-Einstein

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari
Data penyebaran halaju (3 pandangan) untuk gas rubidium, mengesahkan penemuan fasa jirim yang baru iaitu hasil pemeluwapan Bose-Einstein. Kiri: sejurus sebelum kemunculan hasil pemeluwapan Bose-Einstein. Tengah: sejurus selepas kemunculan hasil pemeluwapan. Kanan: selepas lebih penyejatan, meninggalkan satu sampel hasil pemeluwapan hampir tulen.

Hasil pemeluwapan Bose-Einstein (BEC, Inggeris: Bose-Einstein condensate) ialah satu keadaan jirim bagi gas boson cair yang disejukkan hingga hampir dengan suhu sifar mutlak (0 K atau -273.15 °C[1]). Dalam keadaan sebegini, sebahagian besar boson-boson mengambil keadaan kuantum yang paling rendah, di mana kesan-kesan quantum menjadi nyata pada skala makroskopik. Kesan-kesan ini dipanggil fenomena kuantum makroskopik.

Meskipun eksperimen-eksperimen terbaru telah mendedahkan interaksi-interaksi rumit, keadaan jirim ini pertama kali diramalkan secara umum di dalam kertas-kertas kerja oleh Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein pada tahun 1924-25. Pada mulanya, Bose telah menghantar satu kertas kerja kepada Einstein berkenaan statistik kuantum kuanta cahaya (kini dinamakan foton). Einstein berasa kagum, terjemahkan kertas kerja ini dari bahasa Inggeris ke Jerman dan menghantarnya bagi pihak Bose ke Zeitschrift für Physik yang menerbitkannya. (Manuskrip Einstein yang dahulunya dipercayai hilang telah ditemui di perpustakaan Universiti Leiden pada tahun 2005.[2]). Einstein kemudiannya melanjutkan idea Bose kepada zarah-zarah bahan (iaitu jirim) dalam dua kertas kerjanya.[3] Hasil usaha Bose dan Einstein ialah konsep gas Bose, dikuasai oleh statistik Bose-Einstein, yang menjelaskan penyebaran statistik zarah-zarah serupa dengan spin integer, kini dikenali sebagai boson. Zarah-zarah boson, seperti foton dan atom-atom seperti helium-4 (4He), dibenarkan berkongsi keadaan kuantum antara satu sama lain. Einstein telah menunjukkan bahawa dengan menyejukkan atom-atom boson pada suhu yang sangat rendah, atom-atom itu akan jatuh (atau "memeluwap") ke keadaan kuantum paling rendah boleh dicapai, menghasilkan bentuk jirim yang baru.

Pada tahun 1938, Fritz London telah mencadangkan bahawa BEC ialah mekanisma bagi kebendaliran lampau dalam 4He dan pengaliran lampau.[4][5]

Pada tahun 1995, bahan pemeluwapan bergas pertama telah dihasilkan oleh Eric Cornell dan Carl Wieman di makmal NIST-JILA University of Colorado Boulder, menggunakan gas atom-atom rubidium yang disejukkan ke suhu 170 nanokelvin (nK) [6] (1.7 × 10-7 K). Oleh kerana kejayaan mereka, Cornell, Weiman dan Wolfgang Ketterle di MIT menerima Hadiah Nobel dalam Fizik 2001.[7] Pada November 2010, foton BEC pertama telah diperhatikan.[8]

Peralihan ke BEC berlaku di bawah suhu kritikal, di mana untuk gas seragam tiga dimensi yang terdiri daripada zarah-zarah tidak berinteraksi tanpa sebarang darjah kebebasan dalaman tampak suhunya dinyatakan oleh:

T_c=\left(\frac{n}{\zeta(3/2)}\right)^{2/3}\frac{2\pi \hbar^2}{ m k_B} \approx 3.3125 \ \frac{\hbar^2 n^{2/3}}{m k_B}

di mana:

\,T_c  ialah  suhu kritikal,
\,n  ialah  kepadatan zarah,
\,m  ialah  jisim setiap boson,
\hbar  ialah  pemalar Planck dikurangkan,
\,k_B  ialah  pemalar Boltzmann, dan
\,\zeta  ialah  fungsi zeta Riemann; \,\zeta(3/2)\approx 2.6124. Templat:OEIS

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. Arora, C. P. (2001). Thermodynamics. Tata McGraw-Hill. ms. 43. ISBN 0-07-462014-2. , Table 2.4 page 43
  2. "Leiden University Einstein archive". Lorentz.leidenuniv.nl. 1920-10-27. Diperoleh pada 2011-03-23. 
  3. Clark, Ronald W. (1971). Einstein: The Life and Times. Avon Books. ms. 408–409. ISBN 0-380-01159-X. 
  4. London, F. (1938). "The λ-Phenomenon of Liquid Helium and the Bose–Einstein Degeneracy". Nature 141 (3571): 643–644. Bibcode:1938Natur.141..643L. doi:10.1038/141643a0. 
  5. London, F. Superfluids Vol.I and II, (reprinted New York: Dover 1964)
  6. "New State of Matter Seen Near Absolute Zero". NIST. 
  7. Levi, Barbara Goss (2001). "Cornell, Ketterle, and Wieman Share Nobel Prize for Bose–Einstein Condensates". Search & Discovery. Physics Today online. Diarkibkan daripada asal pada 2007-10-24. Diperoleh pada 2008-01-26. 
  8. Klaers, Jan; Schmitt, Julian; Vewinger, Frank; Weitz, Martin (2010). "Bose–Einstein condensation of photons in an optical microcavity". Nature 468 (7323): 545–548. arXiv:1007.4088. Bibcode:2010Natur.468..545K. doi:10.1038/nature09567. PMID 21107426.