• Sunday July 21,2019

Bose dan Einstein di Boulder

Anonim

Ia hanya hantu singkat di skrin TV, sebuah video yang muncul dan dalam masa beberapa saat pada suatu hari Jun lepas. Tetapi Carl Wieman dan Eric Cornell cuba mencungkil selama bertahun-tahun - telah bersaing dengan banyak ahli fizik lain yang menjadi yang pertama, sebenarnya - dan begitu kepada mereka ia kelihatan indah. Tindak balas awal kami ialah terlalu baik untuk menjadi kenyataan, mengimbas kembali Wieman.
Gumpalan itu adalah imej beberapa ribu atom di dalam botol kecil yang berdekatan. Ini bermakna bahawa selama beberapa saat, atom-atom itu bersatu menjadi satu perkara baru - satu megapartikel tunggal yang dikenali sebagai kondensat Bose-Einstein. Untuk beberapa saat, botol di Wieman dan makmal Cornell adalah tempat paling sejuk yang pernah wujud di mana-mana di alam semesta. Kami sangat dekat dengan sifar mutlak bahawa takrif suhu yang diterima secara umumnya diterima, kata Wieman. Tetapi dia dan Cornell meletakkan suhu pada 20 nanokelvins, iaitu 36 billionths dari Fahrenheit darjah di atas sifar mutlak.
Pada suhu itu, para ahli fizik menunjukkan, atom melicinkan. Pelakunya adalah prinsip ketidakpastian mekanik kuantum. Ia mengatakan bahawa jika anda tidak kabur pada kelajuan atom - kerana anda tidak dapat dielakkan berada pada suhu bilik, apabila atom-atom sedang berdengung di beratus-ratus batu sejam - anda boleh tepat mengenai lokasinya. Tetapi perlahan atom turun secara drastik - iaitu, menjadikannya sejuk - dan kelajuannya ditentukan: ia hampir tepat sifar. Lokasi atom kemudian menjadi tidak terbatas, seperti gelombang - di mana gelombang adalah taburan kebarangkalian yang mencerminkan kemungkinan atom berada di mana-mana tempat tertentu.
Pada suhu yang melampau Wieman dan vakum Cornell, setiap atom datang ke keadaan maya. Akibatnya, setiap atom tersebar sehingga ia menduduki kawasan yang sama seperti yang lain. Sejajar dengan itu, atom-atom di dalam botol itu menjadi satu entiti tunggal, semacam superpartikel. Tujuh puluh tahun yang lalu, Albert Einstein, bergantung pada kerja oleh Satyendra Nath Bose, telah meramalkan keadaan baru ini. Fizik telah bermimpi mencipta sejak itu.
Wieman, Cornell, dan pelajar mereka telah mengejar impian selama enam tahun dalam makmal Boulder mereka, yang merupakan operasi bersama Universiti Colorado dan Institut Teknologi dan Teknologi Kebangsaan. Strategi mereka adalah dua cabang. Mula-mula mereka melatih rasuk laser pada botol dari semua pihak, memantul zarah cahaya dari atom kepala untuk melambatkan mereka - banyak kerana anda secara beransur-ansur boleh memperlambat bola bowling yang datang dengan peashooter cepat-api. Seterusnya, mengambil kesempatan daripada fakta bahawa setiap atom adalah magnet kecil, mereka menggunakan medan magnet luar untuk menyejukkan atom lebih jauh dan untuk memastikan mereka dikemas bersama-sama dengan ketat untuk mereka bertindih.
Mendapatkan medan magnet terbukti sangat rumit. Ia akan menjadi mudah untuk mengurung atom ke pusat botol dengan hanya meletakkan magnet di sana. Tetapi kemudian atom-atom itu akan terikat pada magnet dan bukan membentuk kondensat. Sebaliknya, Wieman dan Cornell perlu membuat susunan rumit untuk mengatasi medan magnet luar untuk menjebak atom mereka. Mereka kemudian menyejukkan botol dengan bantuan medan magnet frekuensi radio tambahan yang ditalaikan untuk merespon dengan atom tenaga tinggi. Bidang berayun ini menyebabkan atom-atom panas berputar, membalikkan orientasi magnet mereka supaya mereka ditarik keluar dari perangkap.
Walaupun persediaan yang bijak, namun, gagal pada mulanya. Beberapa atom sejuk terus melarikan diri, juga, meninggalkan terlalu sedikit untuk merapat dan bergabung. Para saintis mengesan masalah kepada bintik-bintik lemah dalam perangkap yang disebabkan oleh turun naik yang tidak dapat dielakkan dalam medan magnet. Cornell kemudian mempunyai sumbang saran: Kenapa tidak berputar medan magnet, seperti puncak, pada 8, 000 revolusi sesaat? Dengan cara itu, tempat-tempat yang lemah tidak akan pernah tinggal di satu tempat yang cukup lama untuk menghilangkan atom-atom sejuk.
Pada 5 Jun, pasukan itu selesai menyempurnakan perangkap mereka dan memuatkannya dengan atom rubidium, yang menyerap cahaya dan sifat magnetik menjadikannya mudah untuk memanipulasi. Para penyelidik menghidupkan laser penyejuk dan magnet selama dua minit; dimatikan laser tetapi biarkan magnet berjalan satu minit lagi; dan akhirnya menukar magnet juga. Kemudian mereka menyalakan laser menerangi ke dalam botol. Cahaya itu akan menyebarkan atom rubidium hampir dengan serta-merta, tetapi pertama kali ia akan membolehkan gambar mereka dipaparkan pada skrin video. Dalam ujian berjalan, kumpulan atom telah ditunjukkan hanya sebagai kabus penyebaran yang lemah. Apabila kita memukul kondensasi Bose, Wieman telah meramalkan beberapa tahun terdahulu, kita akan tiba-tiba melihat bola yang sangat terang dan berkilat itu tepat di tengah-tengah awan. Pada 5 Jun itu, apa yang mereka dapat: inti padat dan mencerminkan 3, 000 atom rubidium yang bertindih di tengah-tengah botol.
Pada hari-hari berikutnya, Wieman dan Cornell melihat bahawa kondensat berkali-kali. Kami menghabiskan masa beberapa hari mengamalkan segala-galanya, kata Wieman. Setiap kali, para penyelidik menunggu sedikit lebih lama selepas mematikan magnet penyejukan untuk menghidupkan denyar laser, mengira detik untuk melihat berapa lama kondensat akan berkumpul bersama. Mereka mendapati mereka boleh menyimpan sebahagian besarnya selama 15 saat atau lebih. Dengan lebih banyak amalan mereka fikir mereka akan lebih baik.
Apakah Bose-Einstein condensate baik untuk? Secara praktikal, tidak banyak - sekurang-kurangnya belum. Wieman mencadangkan bahawa atom ultrastill mungkin suatu hari akan memainkan peranan dalam jenis baru jam atom atau alat pengukur supersensitif. Dan dia menegaskan bahawa kondensat hanyalah sekumpulan gelombang atom yang jatuh ke dalam kunci pintu - sama seperti laser, yang terdiri daripada gelombang cahaya melakukan perkara yang sama. Tetapi ia mengambil masa yang lama untuk orang menyedari betapa cahaya laser yang berguna, kata Wieman, dan mungkin mengambil masa yang lama untuk menghargai versi atom.
Fizik, sebaliknya, kini adalah ayam gelung. Sekarang akhirnya mereka dapat melihat dan mengkaji sifat gelombang atom - yang penting tetapi selama-lamanya prinsip mekanik kuantum misterius - dengan mata telanjang mereka sendiri, hampir: kondensat diukur dua puluhan inci di seberang. Dan terima kasih kepada obsesi Wieman dengan peralatan murah, mereka boleh melakukannya secara ekonomi. Daripada laser perindustrian mahal, sebagai contoh, Wieman dan Cornell menyejukkan atom mereka dengan laser murah yang sama didapati dalam pemain CD biasa. Kos persediaan mereka hanya sekitar $ 50, 000 untuk membina - jauh di jangkauan kebanyakan makmal universiti. Walaupun ia mengambil fizik selama 70 tahun untuk memikirkan cara membuat kondensat Bose-Einstein, ia hampir kelihatan mudah sekarang. Ia tidak mustahil, kata Wieman, bahawa dalam beberapa tahun ini dapat menjadi bahan tesis sarjana muda.


Artikel Yang Menarik

Untuk Menurun Air, Hidupkan Lampu Strob

Untuk Menurun Air, Hidupkan Lampu Strob

Teknologi yang sama yang membuat peluk-peluk di kelab kelihatan seperti mereka memainkan peranan perlahan boleh digunakan untuk mengalirkan air. Tonton di sini! Ia adalah ilusi yang bagus yang dicipta oleh lampu strob, atau stroboscope, sebuah alat yang memancarkan denyutan cahaya yang cepat. Dalam persediaan yang ditunjukkan dalam video, semua titisan air sebenarnya jatuh dan sebahagian besar masa mereka tidak kelihatan

Saya, Manusia Awal, Apa Terusan Telinga Besar yang Anda Miliki

Saya, Manusia Awal, Apa Terusan Telinga Besar yang Anda Miliki

Bolehkah manusia bercakap 500, 000 tahun yang lalu? Telinga mereka berkata. mungkin, menurut Rolf Quam dari Muzium Sejarah Alam Amerika di New York. Quam dan rakan-rakannya menggunakan sisa-sisa fosil seorang manusia 500, 000 tahun-nenek moyang Neanderthal, sebenarnya-untuk membina semula betapa besar telinga telinganya

Melatih untuk menjadi perintis tenaga dengan NOVA Energy Lab

Melatih untuk menjadi perintis tenaga dengan NOVA Energy Lab

Dalam edisi cetakan Jun Magazine Discover, artikel "Light Makes Flight" menceritakan kisah dua juruterbang yang membangunkan sel solar baru untuk mengelilingi dunia menerusi pesawat fosil tanpa bahan api. Makmal Tenaga NOVA adalah projek sains warganegara yang boleh anda lakukan sekarang untuk belajar dan menyumbang kepada masa depan kemampanan

Cara Penyebaran Burung Coral Jarang Boleh Menyembuhkan Kepupusan

Cara Penyebaran Burung Coral Jarang Boleh Menyembuhkan Kepupusan

Beberapa varieti yang jarang karang staghorn telah mula mengawan di atas garis-garis spesies dan mencipta hibrida yang kuat, menurut satu kajian baru; penyelidik percaya langkah luar biasa adalah usaha untuk menyesuaikan diri dengan perubahan keadaan laut dan mengelakkan kepupusan. Penemuan ini merupakan berita gembira yang tidak dijangka mengenai terumbu karang, yang biasanya menjadi berita utama bagi nasib mereka yang berpotensi sebagai salah satu mangsa pertama pemanasan global

Teh hijau

Teh hijau

Dengan asal-usul di China sejak lebih dari 4, 000 tahun yang lalu, teh hijau berdiri sebagai minuman berasaskan tumbuhan tertua di dunia. Ia juga boleh menjadi kompleks yang paling kimia. Dengan lebih daripada 600 sebatian aroma yang dikenal pasti, rasa sebenar cawan teh hijau anda tergantung di mana daun teh ( Camellia sinensis ) ditanam, ketika mereka dituai, dan bagaimana daun tersebut diproses, antara faktor lain

Orca Belajar Katakan  'Hello '

Orca Belajar Katakan 'Hello '

"Hello!" Kata manusia. "Hello!" Paip belakang orca. Ia bukan filem kanak-kanak, tetapi kata-kata orca pemancar manusia (ish) sebenarnya. Pasukan penyelidik antarabangsa telah mengajar Wikie, seorang paus pembunuh berusia 14 tahun di Perancis, untuk menyerupai beberapa potongan ucapan yang mudah, suatu penemuan yang memberi mereka wawasan ke dialek orca liar