परमाणुओं का बोस-आइंस्टीन संघनन

बोस-आइंस्टीन संघनन एक क्रांतिक तापमान से नीचे ठंडा किए गए बोसोनिक परमाणुओं की गैस द्वारा एक एकल क्वांटम अवस्था का स्थूल अधिभोग है, यह पदार्थ की एक ऐसी अवस्था है जिसे पहली बार 1995 में तनु परमाणु गैसों में प्राप्त किया गया था।

Definition

परमाणुओं का बोस-आइंस्टीन संघनन क्वांटम प्रावस्था संक्रमण है जिसमें, एक क्रांतिक तापमान से नीचे, एक गैस में बोसोनिक परमाणुओं का एक स्थूल अंश एकल निम्नतम-ऊर्जा क्वांटम अवस्था पर कब्जा कर लेता है, जिससे गैस को एक एकल सुसंगत स्थूल तरंगफलन द्वारा वर्णित किया जाता है।

Scope

यह विषय परमाणु बोस-आइंस्टीन संघनितों के भौतिकी को शामिल करता है: एक आदर्श बोस गैस में संघनन की सांख्यिकीय उत्पत्ति, आवश्यक क्रांतिक तापमान और प्रावस्था-स्थान घनत्व, अपघर्षक शीतलन की भूमिका जो अपभ्रष्टता तक पहुँचने में सहायक है, स्थूल तरंगफलन और ग्रॉस-पिटाएव्स्की समीकरण द्वारा इसका वर्णन, और सुसंगति, व्यतिकरण, और अतिप्रवाहिता जैसी विशिष्ट घटनाएँ। यह प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त तनु, दुर्बल रूप से अंतःक्रिया करने वाली फंसी हुई गैसों का उपचार करता है।

Core questions

• एक क्रांतिक तापमान से नीचे बोसॉन सबसे कम क्वांटम अवस्था में क्यों जमा होते हैं?
• संघनन के लिए कौन सा तापमान और घनत्व (प्रावस्था-स्थान घनत्व) आवश्यक है?
• तनु परमाणु संघनित को प्रयोगात्मक रूप से कैसे उत्पन्न किया जाता है?
• एक संघनित कौन सी स्थूल क्वांटम घटनाएँ प्रदर्शित करता है?

Key concepts

• बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी
• क्रांतिक तापमान और प्रावस्था-स्थान घनत्व
• अपभ्रष्टता तक वाष्पीकरणीय शीतलन
• स्थूल तरंगफलन
• ग्रॉस-पिटाएव्स्की समीकरण
• सुसंगति और अतिप्रवाहिता

Key theories

बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी और संघनन

समान बोसॉन ऐसी सांख्यिकी का पालन करते हैं जो एक ही अवस्था के बहु-अधिभोग का पक्षधर है, और एक क्रांतिक प्रावस्था-स्थान घनत्व से नीचे एक स्थूल संख्या भू-अवस्था में संघनित होती है, जैसा कि बोस और आइंस्टीन ने 1924-1925 में भविष्यवाणी की थी।

तनु गैसों में प्रायोगिक प्राप्ति

चुंबकीय जालों में लेजर शीतलन को वाष्पीकरणीय शीतलन के साथ मिलाकर, कॉर्नेल और वीमैन और केटरले के समूहों ने 1995 में रुबिडियम और सोडियम में पहले परमाणु संघनितों का उत्पादन किया, जिसे वेग वितरण में एक तीव्र शिखर के रूप में देखा गया।

Clinical relevance

परमाणु बोस-आइंस्टीन संघनित स्वच्छ, नियंत्रणीय क्वांटम प्रणालियाँ प्रदान करते हैं जिनका उपयोग संघनित-पदार्थ मॉडल का अनुकरण करने, परमाणु इंटरफेरोमीटर और पदार्थ-तरंग (परमाणु-लेजर) स्रोतों का निर्माण करने, और अतिप्रवाहिता, भंवरों और क्वांटम प्रावस्था संक्रमणों का उत्कृष्ट प्रायोगिक नियंत्रण के तहत अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

History

बोस और आइंस्टीन ने 1924-1925 में एक आदर्श बोस गैस के संघनन की भविष्यवाणी की थी, लेकिन इसे एक गैस में प्राप्त करने के लिए उन तापमानों से कहीं अधिक कम तापमान की आवश्यकता थी जो लेजर और वाष्पीकरणीय शीतलन के परिपक्व होने तक पहुंच योग्य नहीं थे। 1995 में कॉर्नेल और वीमैन के समूह ने रुबिडियम को संघनित किया और केटरले के समूह ने सोडियम को संघनित किया, इन उपलब्धियों को 2001 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

Key figures

• Satyendra Nath Bose
• Albert Einstein
• Eric Cornell
• Carl Wieman
• Wolfgang Ketterle

Seminal works

• anderson1995
• davis1995
• pethick2008

Frequently asked questions

क्या बोस-आइंस्टीन संघनित अतिप्रवाही के समान है?

वे निकट से संबंधित हैं लेकिन समान नहीं हैं। संघनन एक क्वांटम अवस्था का स्थूल अधिभोग है, जबकि अतिप्रवाहिता घर्षण रहित प्रवाह है। अंतःक्रिया करने वाले संघनित अतिप्रवाही होते हैं, लेकिन अवधारणाएँ भिन्न हैं और सिद्धांत रूप में इन्हें अलग किया जा सकता है।

बोस-आइंस्टीन संघनन तक पहुँचना इतना कठिन क्यों था?

इसके लिए अत्यधिक उच्च प्रावस्था-स्थान घनत्व की आवश्यकता होती है—बहुत ठंडा और पर्याप्त घना—गैस के ठोस में जमने के बिना। इसके लिए माइक्रोकेल्विन तापमान तक पहुँचने के लिए लेजर शीतलन और शेष परमाणुओं को क्वांटम अपभ्रष्टता में धकेलने के लिए वाष्पीकरणीय शीतलन के संयोजन की आवश्यकता थी।