Bec till grunderna | naturfysik

Bec till grunderna | naturfysik

Anonim

Bose – Einstein-kondensat är inte bara fascinerande i sig, utan de tillhandahåller också ett värdefullt verktyg för att göra mätningar av grundläggande fysiska fenomen med hög precision.

Studien av Bose – Einstein-kondensat (BEC) - den exotiska formen av materia som uppstår när atomerna eller molekylerna i ett ultralöst gasmoln kondenseras till ett kvanttillstånd där de uppträder som en sammanhängande helhet - ger unik inblick i våg- som beteende av materia. Detta i sig är tillräckligt med anledning för att studera dem - men genom att skriva i Physics Review A ger David Harber och kollegor ytterligare ett. Genom att dra fördel av känsligheten i en BEC: s beteende för subtila förändringar i dess miljö, genomför de den mest exakta mätningen som hittills gjorts av ett kvantmekaniskt fenomen som kallas Casimir – Polder-effekten.

Sedan antiken har filosofer bildligt hävdat att naturen avstår ett vakuum; enligt kvantmekanik är detta verkligen så. Även i djupet av rymden kräver Heisenbergs osäkerhetsprincip att ett annars nästan perfekt vakuum kommer att krossas med en konstant bubbling av virtuella partiklar som dyker in och ut ur existensen. En konsekvens av detta är att när två neutrala parallella ledande plattor föras tillräckligt nära varandra kommer det bubblande vakuumet mellan och på vardera sidan att generera en svag attraktiv kraft - ett fenomen som kallas Casimir-effekten 2 . En liknande effekt, känd som Casimir – Polder-effekten 3, genererar en kraft mellan en neutral atom (eller samling av atomer) nära en ledande yta. Även om båda effekterna togs upp teoretiskt 1948, verifierades ingen av dem experimentellt förrän nästan ett halvt sekel senare 4 , 5 på grund av experimentets noggranna karaktär för att mäta de mycket små krafter som de genererar.

Den begränsade känsligheten för experiment som har utformats för att bekräfta Casimir och Casimir – Polder-effekterna innebar att de bara kunde testas över relativt små avstånd. För Casimir – Polder-effekten särskilt har det inte varit möjligt att studera de förväntade förändringarna på större avstånd. Tillkomsten av BEC skulle dock kunna lösa denna brist.

BEC-värden kan endast existera vid temperaturer inom en bråkdel av en grad av absolut noll, och deras egenskaper och beteende är extremt känsliga för förändringar i deras miljö och andra yttre påverkan. Denna känslighet gör dem idealiska för att utföra ultra-exakta mätningar - från att upptäcka förändringar i jordens gravitationsfält orsakade av täthetsvariationer i planetens jordskorpa, till att övervaka rörelsen för ett flygplan utrustat med ett BEC-baserat gyroskop. Harber et al . 1 använder den känsligheten för att mäta krafterna som verkar på en magnetiskt begränsad rubidium BEC placerad nära en smält kiseldioxidyta. Genom att låta BEC svänga och mäta frekvensen för dessa svängningar kan krafterna som verkar på BEC beräknas och bidraget som härrör från dess närhet till kiseldioxidytan dras.

Författarnas tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att mäta Casimir – Polder-styrkan med en aldrig tidigare skådad precision, men också vid atomytaseparationer på 5–10 μm, flera gånger större än i tidigare studier. Samtidigt kunde de sätta strängare gränser för förekomsten av andra icke-newtonianska krafter som har föreslagits teoretiskt (så kallade styrkor av Yukawa-typen). I framtiden hoppas författarna att använda sin strategi för att studera termiskt inducerade avvikelser från Casimir – Polder-effekten som förekommer på liknande avstånd men högre yttemperaturer än de som undersökts i det aktuella arbetet.

Författare

  1. Sök efter Ed Gerstner på:

    • Naturforskningstidsskrifter •
    • PubMed •
    • Google Scholar