Bose-Einstein-kondensasjon

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

Bose-Einstein-kondensasjon er en faseovergang som skjer ved lav temperatur i kvantemekaniske systemer som adlyder Bose-Einstein-statistikk. Karakteristisk for fasen er at et makroskopisk antall partikler okkuperer den mikroskopiske grunntilstanden til systemet. Bose-Einstein-kondensasjon er dermed et kollektivt fenomen og de partiklene som okkuperer grunntilstanden kalles for et Bose-Einstein-kondensat.

Fenomenet ble beskrevet teoretisk i 1920-årene av Satyendra Nath Bose og Albert Einstein.

Bose-Einstein-kondensasjon er ansvarlig for mange interessante og mye studerte fysiske fenomener, blant disse er superfluiditet og supraledning.

Teori[rediger | rediger kilde]

Bosoner er partikler med heltallig spinn og de karakteriseres ved at et vilkårlig antall partikler tillates å okkupere en hvilken som helst mikroskopisk tilstand. Ved termodynamisk likevekt, når det ikke finnes noe Bose-kondensat, er antallet partikler i hver tilstand gitt ved Bose-distribusjonsfunksjonen,som avhenger av temperatur og kjemisk potensial. Etter faseovergangen bryter dette bildet delvis sammen og et makroskopisk antall partikler finnes i den mikroskopiske grunntilstanden til systemet (Resten beskrives fortsatt av Bose-distribusjonensfunksjonen). Med makroskopisk menes at hvis N er totalt antall partikler og N0 er antall partikler i kondensatet er N0/N ulik null når N går mot uendelig. Denne faseovergangen skjer ved en gitt temperatur, som kalles kritisk temperatur eller kritisk punkt. Den kritiske temperaturen er lav men endelig, dvs. høyere enn 0 K.

Systemer med Bose-Einstein-kondensasjon[rediger | rediger kilde]

  • Superfluider. Superfluiditet som fenomen oppstår fordi det finnes et kondensat som kan bevege seg kollektivt uten viskositet. For superflytende helium er bildet av kondensatet mer komplisert enn beskrevet over, siden helium er en væske med forholdsvis sterk vekselvirkning mellom partiklene (Det finnes per i dag ingen mikroskopisk teori for superflytende helium).
  • Superledere. Her er partiklene som kondenserer par (Cooper-par) av elektroner. Elektroner er fermioner, men som par kan de under gitte omstendigheter oppføre seg som bosoner og kondensere.
  • Ultrakalde, ultratynne gasser. Dette er de eneste systemene hvor en kan se Bose-Einstein-kondensasjon i fysiske, nær ideelle, gasser. Disse har ingen praktisk nytte, men er svært viktige i forskningsammenheng.