Matematičko fizički list
Bose-Einsteinova kondenzacija u razrijeđenim parama: novo makroskopsko kvantno stanje materije
Slobodan Milošević
Abstract
Uvod U lipnju 1995.znanstvenim svijetom pronijela se vijest koja je uzburkala maštu fizičara.Carl Wieman sa Sveučilišta u Coloradu i Eric Cornell s Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju sa svojom grupom uspjeli su ohladiti paru rubidijevih atoma do tako niske temperature da se tisuće atoma sjedinilo u jedno isto kvantno stanje formirajući novo stanje tvari: Bose-Einsteinov kondenzat (BEC), [1].Priču moramo početi s nekim osnovnim pojmovima iz svijeta kvantne fizike koji govore o spinu, bozonima, fermionima, njihovim statističkim raspodjelama itd.Krenimo nekim redom.Jedno je od najznačajnijih saznanja s početka 20.stoljeća da je čitav svijet sastavljen od elementarnih čestica i njihovih složenica.Sve se one mogu razvrstati, na temelju spina 2 , u dvije grupe: bozone i fermione.Bozoni su čestice koje imaju cjelobrojni spin -njihov kutni moment je 0, 1, 2 itd.u jedinicama reducirane Planckove konstante h/2π .Fermioni su čestice koje imaju polucjelobrojni spin: 1/2, 3/2, 5/2 itd.Npr.fotoni i fononi su bozoni, dok su elektroni, neutroni, protoni, kao i najveći dio elementarnih čestica, fermioni.Njihove složenice -atomi mogu biti ili bozoni ili fermioni zavisno o tome da li sadrže paran ili neparan broj elementarnih fermiona.Bozoni i fermioni dobili su svoja imena po tome što njihove raspodjele po energetskim stanjima opisuju različite funkcije: Bose-Einsteinova raspodjela i Fermi-Diracova raspodjela.Fermioni su usamljenici (asocijalci), iz tog njihovog svojstva (teritorijalnog ponašanja u kojem ne trpe nikoga u svom prostoru) proizlazi Paulijev princip isključenja koji kaže da je dozvoljena samo jedna čestica u pojedinom kvantnom stanju.To je osnovni princip na kojem su sazdani atomi kao osnovni elementi sve pojavne tvari.Bozoni su sušta suprotnost, oni vole biti svi u istom stanju, i ne samo to, nego što ih je više na okupu veća je vjerojatnost da im se pridruži još jedan.Njihova se raspodjela matematički prikazuje funkcijom n i = 1/(e (Ei-μ)/kT) -1) (vidi sliku 1).