KONDENSAT BOSE-EINSTEIN: SIFAT DAN APLIKASI - FISIK - 2025

The Bose-Einstein kondensat adalah keadaan materi yang terjadi pada partikel-partikel tertentu pada suhu mendekati nol mutlak. Untuk waktu yang lama diperkirakan bahwa hanya tiga kemungkinan keadaan agregasi materi adalah padat, cair, dan gas.

Kemudian keadaan keempat ditemukan: bahwa plasma; dan kondensat Bose-Einstein dianggap sebagai kondisi kelima. Sifat karakteristiknya adalah bahwa partikel dalam kondensat berperilaku sebagai sistem kuantum besar daripada seperti biasanya (sebagai himpunan sistem kuantum individu atau sebagai pengelompokan atom).

Dengan kata lain, dapat dikatakan bahwa seluruh kumpulan atom yang menyusun kondensat Bose-Einstein berperilaku seolah-olah itu adalah atom tunggal.

Asal

Seperti banyak penemuan ilmiah yang lebih baru, keberadaan kondensat secara teoritis disimpulkan sebelum ada bukti empiris keberadaannya.

Jadi, Albert Einstein dan Satyendra Nath Bose yang secara teoritis meramalkan fenomena ini dalam publikasi bersama pada tahun 1920. Mereka melakukannya pertama kali untuk foton dan kemudian untuk atom gas hipotetis.

Demonstrasi keberadaan aslinya tidak mungkin dilakukan sampai beberapa dekade yang lalu, ketika dimungkinkan untuk mendinginkan sampel ke suhu yang cukup rendah untuk memverifikasi bahwa persamaan yang diantisipasi adalah benar.

Satyendra Nath Bose

Memperoleh

Kondensat Bose-Einstein diperoleh pada tahun 1995 oleh Eric Cornell, Carlo Wieman dan Wolfgang Ketterle yang, berkat kondensat tersebut, pada akhirnya akan berbagi Hadiah Nobel Fisika tahun 2001.

Untuk mencapai kondensat Bose-Einstein mereka menggunakan serangkaian teknik eksperimental fisika atom, di mana mereka berhasil mencapai suhu 0,00000002 derajat Kelvin di atas nol absolut (suhu yang jauh lebih rendah daripada suhu terendah yang diamati di luar angkasa). .

Eric Cornell dan Carlo Weiman menggunakan teknik ini pada gas encer yang terbuat dari atom rubidium; Sementara itu, Wolfgang Ketterle menerapkannya tak lama kemudian pada atom natrium.

Bosons

Nama boson digunakan untuk menghormati fisikawan kelahiran India, Satyendra Nath Bose. Dua tipe dasar partikel elementer dipertimbangkan dalam fisika partikel: boson dan ferminion.

Yang menentukan apakah sebuah partikel adalah boson atau fermion adalah apakah spinnya adalah integer atau setengah integer. Pada akhirnya, boson adalah partikel yang bertugas mentransmisikan gaya interaksi antar fermion.

Hanya partikel bosonik yang dapat memiliki kondensat Bose-Einstein ini: jika partikel yang didinginkan adalah fermion, apa yang dicapai disebut cairan Fermi.

Ini karena boson, tidak seperti fermion, tidak harus memenuhi prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahwa dua partikel identik tidak dapat berada dalam status kuantum yang sama pada waktu yang sama.

Semua atom adalah atom yang sama

Dalam kondensat Bose-Einstein semua atom benar-benar sama. Dengan cara ini, sebagian besar atom dalam kondensat berada pada level kuantum yang sama, turun ke level energi serendah mungkin.

Dengan berbagi keadaan kuantum yang sama dan semua memiliki energi (minimum) yang sama, atom tidak dapat dibedakan dan berperilaku sebagai "atom super" tunggal.

Properti

Fakta bahwa semua atom memiliki sifat yang identik mengandaikan serangkaian sifat teoritis tertentu: atom menempati volume yang sama, cahaya hamburan dengan warna yang sama dan media yang homogen terbentuk, di antara karakteristik lainnya.

Properti ini mirip dengan laser ideal, yang memancarkan cahaya koheren (spasial dan temporal), seragam, monokromatik, di mana semua gelombang dan foton benar-benar sama dan bergerak ke arah yang sama, sehingga idealnya tidak menghilang.

Aplikasi

Kemungkinan yang ditawarkan oleh keadaan materi baru ini banyak, beberapa benar-benar menakjubkan. Di antara saat ini atau dalam pengembangan, aplikasi paling menarik dari kondensat Bose-Einstein adalah sebagai berikut:

- Penggunaannya bersama dengan laser atom untuk membuat struktur nano presisi tinggi.

- Deteksi intensitas medan gravitasi.

- Memproduksi jam atom yang lebih tepat dan stabil daripada yang ada saat ini.

- Simulasi skala kecil untuk mempelajari fenomena kosmologis tertentu.

- Aplikasi superfluiditas dan superkonduktivitas.

- Aplikasi yang berasal dari fenomena yang dikenal sebagai cahaya lambat atau cahaya lambat; misalnya, dalam teleportasi atau di bidang komputasi kuantum yang menjanjikan.

- Memperdalam pengetahuan mekanika kuantum, melakukan eksperimen yang lebih kompleks dan non-linier, serta verifikasi teori-teori tertentu yang baru dirumuskan. Kondensat menawarkan kemungkinan untuk menciptakan kembali fenomena yang terjadi bertahun-tahun cahaya di laboratorium.

Seperti yang dapat dilihat, kondensat Bose-Einstein dapat digunakan tidak hanya untuk mengembangkan teknik baru, tetapi juga untuk menyempurnakan beberapa teknik yang sudah ada.

Tidak sia-sia mereka menawarkan presisi dan keandalan yang tinggi, yang dimungkinkan karena koherensi fasa mereka dalam bidang atom, yang memfasilitasi kendali besar waktu dan jarak.

Oleh karena itu, kondensat Bose-Einstein bisa jadi sama revolusionernya dengan laser itu sendiri, karena mereka memiliki banyak kesamaan sifat. Namun, masalah besar agar hal ini terjadi terletak pada suhu di mana kondensat ini diproduksi.

Jadi, kesulitannya terletak pada seberapa rumit untuk mendapatkannya dan pada biaya perawatannya yang mahal. Untuk semua alasan ini, saat ini sebagian besar upaya difokuskan pada penerapannya pada penelitian dasar.

Bose-Einstein kondensat dan fisika kuantum

Demonstrasi keberadaan kondensat Bose-Einstein telah menawarkan alat baru yang penting untuk mempelajari fenomena fisik baru di daerah yang sangat beragam.

Tidak ada keraguan bahwa koherensi pada tingkat makroskopis memfasilitasi baik studi maupun pemahaman dan demonstrasi hukum fisika kuantum.

Namun, fakta bahwa suhu yang mendekati nol mutlak diperlukan untuk mencapai keadaan materi ini merupakan kelemahan serius untuk mendapatkan lebih banyak dari sifat-sifatnya yang luar biasa.

Referensi

1. Kondensat Bose - Einstein (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari es.wikipedia.org.
2. Bose - Einstein mengembun. (nd) Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell dan Carl Wieman (1998). Kondensat Bose-Einstein, "Riset dan Sains".
4. A. Cornell & CE Wieman (1998). "Kondensat Bose - Einstein". Scientific American.
5. Boson (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari es.wikipedia.org.
6. Boson (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 6 April 2018, dari en.wikipedia.org.