Какие агрегатные состояния вещества вы знаете? Обычный человек назовет 3 – жидкое, твердое, газообразное. Думаю, многие из вас назовут еще одно – плазму. А я сегодня хочу вам рассказать, как мы с Шатьендрантом Бозе в 1925 обнаружили пятое агрегатное состояние вещества.
Представьте себе поток машин на МКАДе. Кто-то разгоняется, кто-то перестраивается, кто-то тормозит. В результате вся масса движется медленно, возникают пробки. Теперь вообразим чудо-МКАД, на котором все автомобили движутся с одинаковой скоростью. Никто не догоняет, никто не отстает. Поток движется, как единое целое. Это и есть конденсат Бозе — Эйнштейна, только вместо автомобилей — квантовые частицы, бозоны. Все они находятся в одном квантовом состоянии — то есть передвигаются с одинаковой скоростью, ведут себя, как единая огромная частица.
Конденсат Бозе — Эйнштейна это ярчайшее следствие из того факта, что все элементарные частицы в мире делятся на два класса: фермионы и бозоны. Фермионы не уживаются в одном квантовом состоянии, они — «индивидуалисты». А вот бозоны — «коллективисты». При достаточно низких температурах они образуют Бозе-конденсат: оказываются в одном квантовом состоянии и ведут себя одинаково, как одна частица. Его существование предсказал в 1924 году Альберт Эйнштейн.
(смотрите рисунок)
Коты–фермионы (в левой чаше весов) не любят друг друга и никак не могут ужиться в одной клетке. Коты–бозоны (в правой чаше), напротив, любят друг друга очень сильно. Чем легче по весу коты, тем проще сделать из них конденсат.
Конденсат Бозе-Эйнштейна –агрегатное состояние вещества,основу которого составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли кельвина).
Для чего этот конденсат нужен?
Например, для того, чтобы сделать квантовый компьютер, о котором я рассказывал вчера. Квантовый компьютер использует квантовые биты информации — кубиты. В режиме Бозе-конденсации наш чудо-МКАД представляет собой суперпозицию двух потоков машин, движущихся по и против часовой стрелки. Это и есть кубит. Чтобы сделать квантовый компьютер, надо объединить несколько тысяч колец МКАДа — каждое размером в сотую долю миллиметра.
Также с помощью этого агрегатного состояния ученые могут буквально замедлять свет. В 2000 году физики сообщили о том, что смогли замедлить движение светового пучка с 300 000 000 метров до 0,2 миллиметра в секунду. Используя конденсат Бозе-Эйнштейна физики уже смогли создать лазер с уникальными свойствами. Такие лазеры могут найти применение в нанотехнологиях и помочь создавать полупроводники для компьютеров будущего. Также конденсат Бозе-Эйнштейна можно использовать в квантовых вычислениях, если принимать каждое атомное ядро за кубит.
