Во неодамна објавениот извештај, тимот на Will Lab од Универзитетот Колумбија известува за успех во преминувањето на прагот на BEC и создавањето на Bose-Eienstein кондензат (BEC) на молекули на NaCs на ултраладна температура од 5 наноКелвини (= 5 x 10-9 Келвин). Молекуларниот квантен кондензат бил стабилен со животен век од околу 2 секунди. Со ова завршува неколкудецениската потрага по молекуларна BEC. Ова е извонредно достигнување и пресвртница во науката.
Општо познато е дека материјата би била во која било од трите состојби, т.е. цврст, течен или гас во зависност од надворешните услови како температура и притисок. На пример, Х2О се наоѓа како мраз, вода или пареа во обични надворешни услови.
Кога температурата е над 6000-10,000 Келвини, материјата се јонизира и се претвора во плазма, материја во четвртата состојба.
Каква би била состојбата на материјата ако температурата е ултра ниска блиску до апсолутната нула?
Во 1924-25 година, Сатиендра Нат Босе и Алберт Ајнштајн направија теоретско предвидување дека ако бозон честичките (т.е. ентитети со вредност на вртење со цел број) се ладат на ултра ниска температура близу апсолутна нула, честичките ќе се спојат во еден, поголем ентитет со заеднички својства и однесувања регулирани со законите на квантната механика. Наречена Бозе-Ајнштајн кондензат (BEC), се сметаше дека оваа состојба е петтата состојба на материјата.
| Состојби на материјата | Температурен опсег на постоење |
| Плазма | над 6000-10,000 K |
| Гас | За вода, над 100°C при нормален атмосферски притисок |
| Течни | За вода, помеѓу 4°C и 100°C |
| Солидна | За вода, под 0°C |
| Бозе-Ајзенштајн кондензат (BEC) | Близу апсолутна нула Околу 400 наноКелкин за атомски бозони Околу 5 нанокелвини за молекуларна п.н.е {1 наноКелвин (nK) = 10 -9 Келвин} Апсолутна нула = 0 келвин = -273°C |
Теоретското предвидување на Бозе-Ајнштајн кондензат (BEC), петтата состојба на материјата стана реалност речиси седум децении подоцна во 1995 година кога Ерик Корнел и Карл Виман го создадоа првиот BEC во гас од атоми на рубидиум, а кратко потоа, Волфганг Кетерле го произведе a BEC во гас од атоми на натриум. На триото заеднички им беше доделена Нобеловата награда за физика во 2001“за постигнување на Бозе-Ајнштајнова кондензација во разредени гасови на атоми на алкали и за рани фундаментални студии за својствата на кондензатите".
Временска рамка на напредокот во науката за петтата состојба на материјата
| пресвртници |
| 1924-25: Теоретско предвидување на петтата состојба на материјата. Сатиендра Нат Босе и Алберт Ајнштајн направија теоретски предвидувања дека група честички бозонски оладени до скоро апсолутна нула ќе се спојат во еден, поголем суперентитет со заеднички својства и однесувања диктирани од законите на квантната механика. |
| 1995: Откривањето на петтата состојба на материјата - создадени првите атомски BEC. Теоретското предвидување на Бозе и Ајнштајн станува реалност по 70 години кога Ерик Корнел и Карл Виман го создадоа првиот BEC во гас од атоми на рубидиум, а кратко потоа, Волфганг Кетерле произведе BEC во гас од атоми на натриум. |
| Молекуларни п.н.е Потрагата по молекуларни BCEs што бара ултра-ладење во наноКелвин (10-9 Келвин) опсег |
| 2008: Дебора Џин и Џун Је изладил гас од молекули на калиум-рубидиум до околу 350 наноКелвин. |
| 2023: Иан Стивенсон и сор го создал првиот ултраладен гас од молекули на натриум-цезиум (Na-Cs) на температура од 300 наноКелвин (nK) користејќи комбинација на ласерско ладење и магнетни манипулации. |
| 2023: Николо Бигаљи и сор користел микробранови за да го продолжи животниот век на бозонскиот гас од молекули на натриум-цезиум од неколку милисекунди на повеќе од една секунда, што е критичен прв чекор за нивно ладење. Со нивниот подолг примерок, тие ја намалија температурата на 36 наноКелвини - нешто помалку од температурата потребна за молекулите да формираат BEC. |
| 2024: Николо Бигаљи и сор создава BEC на молекуларни бозони (NaCs молекули) на ултраладна температура од 5 наноКелвини (nK) |
Од откривањето во 1995 година, лабораториите ширум светот и во Меѓународната вселенска станица (ISS) рутински прават атомски BEC од различни типови на атоми.
Молекуларна Бозе-Ајнштајн кондензат (BEC)
Атомите се едноставни, вид на тркалезни ентитети без поларни интеракции. Оттука, истражувачите отсекогаш размислувале да создадат Бозе-Ајнштајн кондензат (BEC) од молекули. Но, создавањето BEC од дури и едноставни молекули направени од два атома на различни елементи не беше можно поради недостаток на технологија за ладење на молекули до неколку наноКелвини (nK) неопходни за формирање на молекуларна BEC.
Истражувачите од Will Lab од Универзитетот Колумбија постојано работеа на развој на ултраладна технологија. Во 2008 година, тие беа во можност да изладат гас од молекули на калиум-рубидиум до околу 350 наноКелвин. Тоа помогна во изведувањето на квантни симулации и во проучувањето на молекуларните судири и квантната хемија, но не можеше да го надмине прагот на BEC. Минатата година во 2023 година, тие користеа микробранови за да го продолжат животниот век на бозонскиот гас од молекули на натриум-цезиум и успеаја да постигнат пониска температура од 36 наноКелвин, што беше поблиску до прагот на BEC.
Во неодамна објавениот извештај, тимот на Will Lab од Универзитетот Колумбија известува за успех во преминувањето на прагот на BEC и создавањето на Bose-Eienstein кондензат (BEC) на молекули на NaCs на ултраладна температура од 5 наноКелвини (= 5 x 10-9 Келвин). Молекуларниот квантен кондензат бил стабилен со животен век од околу 2 секунди. Со ова завршува неколкудецениската потрага по молекуларна BEC. Ова е извонредно достигнување и пресвртница во науката.
Создавањето на молекуларни Бозе-Ајнштајн кондензати (BES) би имало долгорочна важност за истражување во фундаменталната квантна физика, квантни симулации, суперфлуидност и суперспроводливост и иновации на нови технологии како што е новиот тип на квантен компјутер.
***
Референци:
- Бигагли, Н., Јуан, В., Џанг, С. и сор. Набљудување на Бозе-Ајнштајнова кондензација на диполарни молекули. Природа (2024). 03 јуни 2024 година. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z Верзија за претходно печатење на arXiv https://arxiv.org/pdf/2312.10965
- Универзитет Колумбија 2024. Новини за истражување - Најстудената лабораторија во Њујорк има нова квантна понуда. Објавено на 03 јуни 2024 година. Достапно на https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering
- Кралската шведска академија на науките. Напредни информации за Нобеловата награда за физика 2001 година – Бозе-Ајнштајн кондензација во алкални гасови. Достапно на https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf
- НАСА. Петтата состојба на материјата. Достапно на 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}