In 'n onlangs gepubliseerde verslag rapporteer die Will Lab-span van die Columbia Universiteit sukses met die kruising van die BEC-drempel en die skepping van Bose-Eienstein-kondensaat (BEC) van NaCs-molekules by 'n ultrakoue temperatuur van 5 nanoKelvin (= 5 X 10)-9 Kelvin). Die molekulêre kwantumkondensaat was stabiel met 'n leeftyd van ongeveer 2 sekondes. Dit beëindig 'n paar dekades lange strewe na molekulêre BEC. Dit is 'n merkwaardige prestasie en 'n mylpaal in die wetenskap.
Dit is algemeen bekend dat materie in enige van drie state sou wees nl. vastestof, vloeistof of gas, afhangende van eksterne toestande soos temperatuur en druk. Byvoorbeeld, H2O word gevind as ys, water of damp in gewone eksterne toestande.
Wanneer die temperatuur bo 6000–10,000 Kelvin is, word materie geïoniseer en verander dit in plasma, die vierde toestand materie.
Wat sou die toestand van materie wees as die temperatuur ultralaag naby aan absolute nul is?
In 1924-25 het Satyendra Nath Bose en Albert Einstein 'n teoretiese voorspelling gemaak dat as boson deeltjies (nl. entiteite met 'n heelgetalspinwaarde) word afgekoel tot 'n ultra-lae temperatuur naby absolute nul, die deeltjies sal saamsmelt tot 'n enkele, groter entiteit met gedeelde eienskappe en gedrag wat deur die wette van kwantummeganika beheer word. Hierdie toestand, wat Bose-Einstein-kondensaat (BEC) genoem word, is vermoedelik die vyfde toestand van materie.
| Toestande van materie | Temperatuurreeks van bestaan |
| Plasma | bo 6000–10,000K |
| Gas | Vir water, bo 100°C by normale atmosferiese druk |
| Liquid | Vir water, tussen 4°C tot 100°C |
| Solid | Vir water, onder, 0°C |
| Bose-Eisenstein-kondensaat (BEC) | Byna absolute nul Ongeveer 400 nanoKelkin vir atoombosone Ongeveer 5 nanokelvin vir molekulêre BCE {1 nanoKelvin (nK) = 10 -9 Kelvin} Absolute nul = 0 kelvin = -273°C |
Die teoretiese voorspelling van Bose-Einstein-kondensaat (BEC), die vyfde toestand van materie het 'n werklikheid geword byna sewe dekades later in 1995 toe Eric Cornell en Carl Wieman die eerste BEC in 'n gas van rubidiumatome geskep het, en kort daarna het Wolfgang Ketterle geproduseer 'n BEC in 'n gas van natriumatome. Die trio is gesamentlik bekroon met die Nobelprys in Fisika 2001″vir die bereiking van Bose-Einstein-kondensasie in verdunde gasse van alkali-atome, en vir vroeë fundamentele studies van die eienskappe van die kondensate".
Tydlyn van vooruitgang in die wetenskap van vyfde toestand van materie
| mylpale |
| 1924-25: Die teoretiese voorspelling van die vyfde toestand van materie. Satyendra Nath Bose en Albert Einstein het teoretiese voorspelling gemaak dat 'n groep bosondeeltjies wat tot 'n byna absolute nul afgekoel is, sal saamsmelt tot 'n enkele, groter super-entiteit met gedeelde eienskappe en gedrag wat deur die wette van kwantummeganika bepaal word. |
| 1995: Die ontdekking van die vyfde toestand van materie – eerste atoom-BEC's geskep. Die teoretiese voorspelling van Bose en Einstein word 'n werklikheid na 70 jaar toe Eric Cornell en Carl Wieman die eerste BEC in 'n gas van rubidiumatome geskep het, en kort daarna het Wolfgang Ketterle 'n BEC in 'n gas van natriumatome geproduseer. |
| Molekulêre BCE's Die strewe na molekulêre BCE's wat ultra-verkoeling in nanoKelvin vereis (10-9 Kelvin) reeks |
| 2008: Deborah Jin en Jun Ye het 'n gas van kalium-rubidium-molekules tot ongeveer 350 nanoKelvin afgekoel. |
| 2023: Ian Stevenson et al het die eerste ultrakoue gas van natrium-sesium (Na-Cs) molekules by 'n temperatuur van 300 nanoKelvin (nK) geskep deur 'n kombinasie van laserverkoeling en magnetiese manipulasies te gebruik. |
| 2023: Niccolò Bigagli et al mikrogolwe gebruik om die lewensduur van 'n bosoniese gas van natrium-sesium molekules van 'n paar millisekondes tot meer as een sekonde te verleng, 'n kritieke eerste stap om hulle af te koel. Met hul langdurige monster het hulle die temperatuur tot 36 nanoKelvin gedaal - net minder as die temperatuur wat nodig is vir die molekules om 'n BEC te vorm. |
| 2024: Niccolò Bigagli et al skep BEC van molekulêre bosone (NaCs-molekules) by 'n ultrakoue temperatuur van 5 nanoKelvin (nK) |
Sedert die ontdekking in 1995, maak laboratoriums regoor die wêreld en in die Internasionale Ruimtestasie (ISS) gereeld atoom-BEC's van verskillende tipes atome.
Molekulêre Bose-Einstein-kondensaat (BEC)
Atome is eenvoudige, soort ronde entiteite met geen polêre interaksies nie. Daarom het navorsers nog altyd daaraan gedink om Bose-Einstein-kondensaat (BEC) uit molekules te skep. Maar die skep van BEC's van selfs eenvoudige molekules gemaak van twee atome van verskillende elemente was nie moontlik nie as gevolg van 'n gebrek aan tegnologie om molekules af te koel tot min nanoKelvin (nK) wat nodig is vir die vorming van molekulêre BEC.
Navorsers by Will Lab van die Columbia Universiteit het konsekwent gewerk aan die ontwikkeling van ultrakoue tegnologie. In 2008 kon hulle 'n gas van kalium-rubidium-molekules tot ongeveer 350 nanoKelvin afkoel. Dit het gehelp om kwantumsimulasies uit te voer en molekulêre botsings en kwantumchemie te bestudeer, maar kon nie die BEC-drumpel oorsteek nie. Verlede jaar in 2023 het hulle mikrogolwe gebruik om die lewensduur van 'n bosoniese gas van natrium-sesiummolekules te verleng en kon 'n laer temperatuur van 36 nanoKelvin bereik wat nader aan die BEC-drempel was.
In 'n onlangs gepubliseerde verslag rapporteer die Will Lab-span van die Columbia Universiteit sukses met die kruising van die BEC-drempel en die skepping van Bose-Eienstein-kondensaat (BEC) van NaCs-molekules by 'n ultrakoue temperatuur van 5 nanoKelvin (= 5 X 10)-9 Kelvin). Die molekulêre kwantumkondensaat was stabiel met 'n leeftyd van ongeveer 2 sekondes. Dit beëindig 'n paar dekades lange strewe na molekulêre BEC. Dit is 'n merkwaardige prestasie en 'n mylpaal in die wetenskap.
Die skepping van molekulêre Bose-Einstein-kondensate (BES) sal langtermyn-relevansie hê vir navorsing in fundamentele kwantumfisika, kwantumsimulasies, supervloeibaarheid en supergeleiding en innovasie van nuwe tegnologieë soos 'n nuwe tipe kwantumrekenaar.
***
Verwysings:
- Bigagli, N., Yuan, W., Zhang, S. et al. Waarneming van Bose-Einstein kondensasie van dipolêre molekules. Natuur (2024). 03 Junie 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z Voordruk weergawe by arXiv https://arxiv.org/pdf/2312.10965
- Columbia Universiteit 2024. Navorsingsnuus - Die koudste laboratorium in New York het 'n nuwe kwantumaanbod. Geplaas op 03 Junie 2024. Beskikbaar by https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering
- Die Koninklike Sweedse Akademie van Wetenskappe. Gevorderde inligting oor die Nobelprys in Fisika 2001 – Bose-Einstein-kondensasie in alkaligasse. Beskikbaar by https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf
- NASA. Die Vyfde Staat van Materie. Beskikbaar by https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/the-fifth-state-of-matter/
***
 of NaCs molecules at a ultracold temperature of 5 nanoKelvin (= 5 X 10-9 Kelvin). The molecular quantum condensate was stable with a lifespan of about 2 seconds. This ends several decades long pursuit of molecular BEC. This is a remarkable achievement and a milestone in science.){kind=link}