Явление из области квантовой механики, известное под названием конденсата Бозе-Эйнштейна (Bose-Einstein Condensate, BEC), впервые было продемонстрировано в 1995 году. Эти эксперименты послужили доказательством того, что некоторые из квантовых явлений существуют не только на бумаге, но и в материальном мире. Естественно, что и как большинство других квантовых явлений, конденсат Бозе-Эйнштейна впервые был создан при температуре, близкой к абсолютному нулю, -273 градуса по шкале Цельсия. А недавно исследователи из научного центра Binnig and Rohrer Nano Center компании IBM оказались способны получить конденсат Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре, используя специально разработанный для этого полимерный материал, лазер и несколько зеркал.
Специалисты компании IBM полагают, что результаты из экспериментов имеют огромный потенциал для их использования в создании ряда оптоэлектронных устройств, включая сверхскоростные оптические переключатели и высокоэффективные лазеры. Одним из практических применений высокотемпературного конденсата Бозе-Эйнштейна может стать изготовление так называемых атомарных лазеров, которые могут использоваться в процессах высокоточной литографии на уровне отдельных атомов, в научном оборудовании, позволяющем произвести измерения гравитационных полей и сил.
Вероятно, следует напомнить нашим читателям, что представляет собой конденсат Бозе-Эйнштейна? Это особое состояние материи, которое было теоретически описано в 1920-х годах Шатьендранатом Бoзе (Satyendra Nath Bose) и Альбертом Эйнштейном на основании существовавших на то время знаний об особенностях некоторых видов элементарных частиц, известных как статистика Бозе-Эйнштейна. Реальный конденсат Бозе-Эйнштейна получается тогда, когда разреженный газ, состоящий из частиц-бозонов охлаждается до самой допустимо низкой температуры. При этом все частицы газа переходят в самое низкое квантовое энергетическое состояние. Самым интересным в этом является то, что конденсат Бозе-Эйнштейна начинает действовать как один огромный атом, за счет того, что его атомы всегда имеют одинаковое квантовое состояние.
До последнего момента единственным методом получения конденсата Бозе-Эйнштейна было охлаждение облака частиц-бозонов до сверхнизких температур. Но, поместив полимерную пленку, толщиной 35 нанометров между двумя зеркалами и осветить получившуюся структуру светом лазера с определенными характеристиками, ученым IBM удалось создать конденсат Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре. При этом, частицы-бозоны конденсата получаются за счет света, который проходит сквозь полимерную пленку и колеблется в ее пределах, много раз отражаясь от зеркал.
В данном случае состояние конденсата Бозе-Эйнштейна существует только в течение пикосекунд времени, но исследователи полагают, что конденсат уже существует достаточно долго для того, чтобы создать подобный лазеру источник света и оптический переключатель, которые могут стать основой будущих квантово-оптических коммуникационных систем.
После того, как исследователям удалось получить устойчивый эффект, приводящий к формированию конденсата Бозе-Эйнштейна, они собираются произвести дальнейшие исследования, направленные на получение контроля над квантовым состоянием суператома конденсата. Когда им удастся достичь этого в достаточной мере, такая квантовая система может быть использована во многих областях. О некоторых из этих областей мы упоминали выше, а еще одной важной областью является исследования в направлении реализации еще одного квантового явления — явления высокотемпературной сверхпроводимости.
Источник:
