Propriétés du condensat de Bose-Einstein, applications

Le Condensat de Bose-Einstein c'est un état de la matière qui se produit dans certaines particules à des températures proches du zéro absolu. On a longtemps pensé que les trois états possibles d'agrégation de la matière étaient solides, liquides et gazeux.

Alors le quatrième état a été découvert: le plasma; et le condensat de Bose-Einstein est considéré comme le cinquième état. La propriété caractéristique est que les particules de condensat se comportent comme un grand système quantique plutôt que comme elles le font habituellement (comme un ensemble de systèmes quantiques individuels ou comme un groupement d'atomes).

En d'autres termes, on peut dire que l'ensemble des atomes qui constituent le condensat de Bose-Einstein se comporte comme s'il s'agissait d'un seul atome.

Index

• 1 origine
• 2 Obtention
  • 2.1 Les bosons
  • 2.2 Tous les atomes sont le même atome
• 3 propriétés
• 4 applications
  • 4.1 Bose-Einstein condensé et physique quantique
• 5 références

Origine

Comme beaucoup de découvertes scientifiques plus récentes, l'existence du condensat a été théoriquement déduite avant qu'il y ait des preuves empiriques de son existence.

Ainsi étaient Albert Einstein et Satyendra Nath Bose prédit théoriquement que ce phénomène dans une publication commune dans les années 1920, ils l'ont fait d'abord pour le cas de photons et le cas hypothétique d'atomes gazeux.

La démonstration de son existence réelle n’a été possible qu’il ya quelques décennies, quand il était possible de refroidir un échantillon à des températures suffisamment basses pour prouver que les équations attendues étaient vraies.

Obtenir

Le condensat de Bose-Einstein a obtenu en 1995 par Eric Cornell, Wieman et Wolfgang Ketterle Carlo qui, par conséquent, serait éventuellement partagé le prix Nobel de physique 2001.

Pour atteindre condensat de Bose-Einstein recours à un certain nombre de techniques expérimentales de la physique nucléaire, avec lequel a réussi à atteindre la température 0,00000002 degrés Kelvin au-dessus du zéro absolu (bien inférieure à la température la plus basse observée dans la température de l'espace) .

Eric Cornell et Carlo Weiman ont utilisé ces techniques dans un gaz dilué composé d'atomes de rubidium; Wolfgang Ketterle, quant à lui, les a appliqués un peu plus tard sur les atomes de sodium.

Les bosons

Le nom Boson est utilisé en l'honneur du physicien indien Satyendra Nath Bose. En physique des particules, deux types fondamentaux de particules élémentaires sont considérés: les bosons et les ferminions.

Ce qui détermine si une particule est un boson ou un fermion, c'est si son spin est un entier ou un demi-entier. En fin de compte, les bosons sont les particules responsables de la transmission des forces d’interaction entre les fermions.

Seules les particules bosoniques peuvent avoir cet état de condensat de Bose-Einstein: si les particules refroidies sont des fermions, on appelle ce que l'on appelle un liquide de Fermi.

En effet, les bosons, contrairement à fermions, ne doivent pas satisfaire le principe d'exclusion de Pauli, qui stipule que les deux particules identiques ne peuvent pas être en même temps dans le même état quantique.

Tous les atomes sont le même atome

Dans un condensat de Bose-Einstein, tous les atomes sont absolument égaux. De cette manière, la plupart des atomes condensés sont au même niveau quantique et descendent au niveau d’énergie le plus bas possible.

En partageant ce même état quantique et en ayant la même énergie (minimum), les atomes sont indiscernables et se comportent comme un seul "superatom".

Propriétés

Le fait que tous les atomes ayant des propriétés identiques implique une série de certaines propriétés théoriques: les atomes occupent le même volume, diffusent la lumière de la même couleur et d'un milieu homogène est constitué, entre autres fonctions.

Ces propriétés sont similaires à celles de l'uniforme de la lumière monochromatique laser idéal, émettant un cohérent (spatialement et temporellement), dans laquelle toutes les vagues et les photons sont absolument égale et se déplaçant dans la même direction, qui idéalement pas dissiper

Applications

Les possibilités offertes par ce nouvel état de la matière sont nombreuses, voire incroyables. Parmi les applications actuelles ou en développement, les applications les plus intéressantes des condensats de Bose-Einstein sont les suivantes:

- Son utilisation avec les lasers à atomes pour créer des nanostructures de haute précision.

- Détection de l’intensité du champ gravitationnel.

- des horloges atomiques de fabrication plus précises et plus stables que celles qui existent actuellement.

- Simulations à petite échelle pour l’étude de certains phénomènes cosmologiques.

- Applications de la superfluidité et de la supraconductivité.

- Applications dérivées du phénomène dit lumière lente ou lumière lente; par exemple, dans la téléportation ou dans le domaine prometteur de l'informatique quantique.

- Approfondir la connaissance de la mécanique quantique, en réalisant des expériences plus complexes et non linéaires, ainsi que la vérification de certaines théories récemment formulées.Les condensats offrent la possibilité de recréer dans les laboratoires des phénomènes qui se produisent à des années-lumière.

Comme vous pouvez le constater, les condensats de Bose-Einstein peuvent être utilisés non seulement pour développer de nouvelles techniques, mais aussi pour affiner certaines techniques existantes.

Ce n'est pas pour rien qu'ils offrent une grande précision et fiabilité, ce qui est possible grâce à leur cohérence de phase dans le champ atomique, ce qui facilite un grand contrôle du temps et des distances.

Par conséquent, les condensats de Bose-Einstein pourraient devenir aussi révolutionnaires que le laser lui-même, car ils ont de nombreuses propriétés en commun. Cependant, le grand problème pour que cela se produise réside dans la température à laquelle ces condensats sont produits.

La difficulté réside donc à la fois dans la complexité de leur obtention et dans leur coût élevé. Pour toutes ces raisons, la plupart des efforts se concentrent actuellement principalement sur leur application à la recherche fondamentale.

Bose-Einstein condensé et physique quantique

La démonstration de l'existence de condensats de Bose-Einstein a offert un nouvel outil important pour l'étude de nouveaux phénomènes physiques dans des domaines très divers.

Il ne fait aucun doute que sa cohérence au niveau macroscopique facilite à la fois l'étude, la compréhension et la démonstration des lois de la physique quantique.

Cependant, le fait que des températures proches du zéro absolu soient nécessaires pour atteindre cet état de choses constitue un grave inconvénient pour tirer le meilleur parti de ses propriétés incroyables.

Références

1. Condensat de Bose-Einstein (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 6 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
2. Condensat de Bose-Einstein. (n.d.) Dans Wikipedia. Récupéré le 6 avril 2018 de en.wikipedia.org.
3. Eric Cornell et Carl Wieman (1998). Bose-Einstein condensé, "Recherche et science".
4. A. Cornell et C. E. Wieman (1998). "Le condensat de Bose-Einstein". Scientifique américain.
5. Bosón (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 6 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
6. Boson (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 6 avril 2018 de en.wikipedia.org.