Vedci dosiahli výrazný posun v skúmaní tzv. piateho skupenstva hmoty, známeho ako Boseho–Einsteinov kondenzát (BEC). Po prvýkrát sa im podarilo vytvoriť molekulový a zároveň dipólový BEC, konkrétne zo sodíka a cézia. Tento typ kondenzátu umožňuje presnejšie riadiť kvantové interakcie a otvára cestu k štúdiu exotických foriem hmoty, ktoré doteraz existovali len v teórii.
Čo je Boseho–Einsteinov kondenzát?
Popri pevnom, kvapalnom a plynnom skupenstve existuje aj menej známy stav hmoty, ktorý vzniká len pri extrémne nízkych teplotách. Keď sa častice ochladia takmer na absolútnu nulu, ich pohyb sa natoľko spomalí, že sa prestanú správať ako jednotlivé objekty. Namiesto toho vytvoria jeden spoločný kvantový celok, ktorý sa správa ako „jedna častica“.
Tento stav teoreticky opísali už v 20. rokoch minulého storočia fyzici Satyendra Nath Bose a Albert Einstein. Experimentálne sa ho podarilo potvrdiť až o približne 70 rokov neskôr. Odvtedy sa BEC stal dôležitým nástrojom na skúmanie základných zákonov kvantovej fyziky.
V čom je nový objav výnimočný?
Doterajšie Boseho–Einsteinove kondenzáty boli väčšinou tvorené jednotlivými atómami. Nový experiment pracuje s molekulami, čo je výrazne náročnejšie, pretože molekuly majú zložitejšiu vnútornú štruktúru.
Zásadná je však ešte jedna vlastnosť. Tento kondenzát je dipólový, čo znamená, že molekuly majú oddelený kladný a záporný náboj. Dá sa to prirovnať k drobným batériám alebo magnetom, ktoré na seba pôsobia aj na diaľku a smerovo, nie iba pri priamom kontakte. Práve táto vlastnosť umožňuje vznik nových typov kvantového správania.
Ako sa to vedcom podarilo?
Kondenzát vznikol pri teplote približne päť nanokelvinov nad absolútnou nulou. To je takmer najnižšia možná teplota, akú fyzika dovoľuje. Kľúčovým prvkom experimentu bolo využitie dvoch mikrovlnných polí.
Hoci mikrovlny si bežne spájame so zohrievaním, v tomto prípade mali opačný efekt. Pôsobili ako ochranný mechanizmus, ktorý znižoval straty energie pri zrážkach molekúl a pomáhal odstrániť „teplejšie“ častice zo systému. Vďaka tomu sa podarilo prekročiť hranicu potrebnú na vznik kondenzátu a udržať ho stabilný približne dve sekundy, čo je v kvantových experimentoch pomerne dlhý čas.
Prečo je dôležitá stabilita?
Ak by kondenzát existoval len zlomok sekundy, jeho využitie by bolo veľmi obmedzené. Dvojsekundová stabilita však dáva vedcom čas na pozorovanie, úpravu podmienok a skúmanie správania systému. To je nevyhnutné pre ďalšie experimenty a praktické využitie v základnom výskume.
Čo z toho môže vzniknúť
Podľa autorov štúdie tento dipólový BEC umožní skúmať:
- exotické dipólové kvantové kvapky,
- samousporiadané kryštálové fázy,
- nové formy kvantových stavov v optických mriežkach,
- zložité interakcie dôležité pre kvantovú chémiu.
Nejde o objav, ktorý by sa okamžite prejavil v spotrebnej technike. Jeho význam je dlhodobý a základný. Podobné výskumy v minulosti položili základy technológií, ktoré dnes považujeme za samozrejmé, napríklad presné atómové hodiny alebo niektoré typy senzorov.
Čo to vlastne spravili?
Vedci vytvorili extrémne chladný kvantový stav, v ktorom sa molekuly správajú ako jeden celok a zároveň medzi sebou pôsobia pomocou elektrického pólovania. Tento prelom dáva fyzikom nový nástroj na skúmanie kvantového sveta a približuje nás k lepšiemu pochopeniu toho, ako sa hmota správa na úplne základnej úrovni.
Zdroj: www.popularmechanics.com Boseho–Einsteinov kondenzát molekulový BEC dipólový BEC sodík cézium kvantové interakcie mikrovlnné polia
Komentáre