• Thursday April 18,2019

Bose dan Einstein di Boulder

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

Kredit: Albozagros Genetik dan sejarah Tibet sangat menarik bagi kebanyakan orang. Sejujurnya, sebab utama di sini ialah ketinggian. Dataran Tibet telah berkhidmat sebagai sebuah kubu bagi penduduk yang telah menyesuaikan diri secara biologi dan kultur kepada keadaan yang melampau. Secara semulajadi, ini bermakna terdapat genetik populasinya yang saksama di Tibet, kerana hipoksia adalah kesan sampingan hidup ketinggian yang tinggi yang memberi impak secara dramatik

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Siapa yang memerlukan Encik Fusion jika anda boleh menarik tenaga langsung dari udara? Satu pasukan saintis dari University of Campinas di Brazil berusaha mencari jalan keluar dari udara dalam kelembapan yang tinggi, pergi jauh untuk menerangkan asal-usul kilat, dan menawarkan janji kuasa yang boleh diperbaharui untuk San Francisco dan New England, di mana kelembapan berlimpah dan cahaya matahari, tidak begitu banyak

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Racun dari salah satu spesies paling berbahaya di dunia, kalajengking kematian penjahat Israel, dapat menyelamatkan nyawa pesakit kanser. Molekul pengesan kanser yang terdapat dalam racun, apabila dipadankan dengan pewarna bercahaya, menyediakan saintis cara baru untuk melihat tumor semasa pembedahan

Evolution Ulasan The Tangled Bank:  "Radical "

Evolution Ulasan The Tangled Bank: "Radical "

Bank Tangled mendapat ulasan tiga muka dalam terbitan terbaru Evolution , jurnal utama dunia mengenai biologi evolusi. Pengulas, Judith Bronstein dan Peter Reinthal dari University of Arizona, mempunyai perkara yang sangat baik untuk dikatakan. Berikut adalah beberapa petikan yang membuatkan saya tersenyum: Setiap bab berbunyi lebih seperti naratif yang menarik atau artikel akhbar tingkat pertama daripada sebagai buku teks (secara klasik, agak kering)

Stimulasi adalah penting

Stimulasi adalah penting

Hari kedua Persidangan Biologi Pemuliharaan Persatuan. Walaupun saya suka perkara ini, saya mengakui ada masa saya duduk dalam ceramah dan mata saya berat dengan kebosanan. Ini fenomena yang sama berlaku di pejabat kongres selama taklimat panjang yang membosankan ketika kita orang-orang dipinjam dan dirangsang

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

Beberapa minggu selepas Senat AS gagal meluluskan satu set peraturan untuk melambatkan pemanasan global, keadaan California menunjuk jalan ke hadapan. Pengawal udara California hari ini mengumumkan pelan berani untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau yang akan mengubah cara utiliti menjana elektrik, pembuat kereta membina kereta dan pemaju membina bangunan, dan melancarkan pasaran luas negara dalam perdagangan kredit karbon