Bose-Einstein-Kondensat

Autor: Leandro Alegsa

01-11-2021

Bose-Einstein-Kondensat (BEC) ist das, was mit einem verdünnten Gas passiert, wenn es sehr kalt gemacht wird, nahe dem absoluten Nullpunkt (0 K, was -273 °C oder -459,67 °F entspricht). Es bildet sich, wenn die Teilchen, aus denen es besteht, eine sehr niedrige Energie haben. Nur Bosonen können ein Bose-Einstein-Kondensat bilden. Das Gas hat eine extrem niedrige Dichte, etwa ein Hunderttausendstel der Dichte von normaler Luft.

Ein Bose-Einstein-Kondensat ist eine Zustandsänderung. Wenn sich Materie im BEC-Zustand befindet, hat sie die Viskosität Null. Superfluidität und Supraleitung sind beide eng mit dem BEC-Zustand der Materie verbunden.

Theorie

Teilchen haben Energie. Sie können viel Energie haben und wild wie in Gasen hüpfen; sie können weniger Energie haben und wie eine Flüssigkeit fließen; oder sie können noch weniger Energie haben wie ein Festkörper. Wenn man dem Teilchen genug Energie wegnimmt, kommt man zur kleinsten oder kleinsten möglichen Energiemenge. Dies ist ein Bose-Einstein-Kondensat. Dadurch sind alle Teilchen genau gleich, und anstatt zufällig in alle verschiedenen Richtungen hin und her zu springen, prallen sie alle auf genau die gleiche Weise auf und ab und bilden so etwas, was man eine "riesige Materiewelle" nennt.

Geschichte

Das Bose-Einstein-Kondensat wurde erstmals 1924-25 von Satyendra Nath Bose und Albert Einstein vorgeschlagen. Siebzig Jahre später wurde seine Existenz nachgewiesen. Eric Cornell und Carl Wieman stellten das erste Bose-Einstein-Kondensat 1995 an der Universität von Colorado her. Cornell, Wieman und Wolfgang Ketterle am MIT erhielten dann 2001 den Nobelpreis für Physik.

Experimente

Um etwas zu erhalten, das kalt genug ist, um ein Bose-Einstein-Kondensat herzustellen, muss man normalerweise zuerst das Boson mit Magneten einfangen und ihm dann durch Abprallen von Lasern die gesamte Energie entziehen (Laserkühlung). Dadurch wird es immer noch nicht kalt genug. Einige der Teilchen werden immer noch sehr viel abprallen, und nur einige werden sich schön hinlegen. Das Magnetfeld wird dann nach und nach langsam abgebaut, um die schneller hüpfenden Teilchen herauszulassen. So bleiben nur noch die kältesten und langsamsten Atome im Inneren.

Fragen und Antworten

F: Was ist ein Bose-Einstein-Kondensat?

A: Ein Bose-Einstein-Kondensat ist ein Zustand der Materie, der auftritt, wenn ein verdünntes Gas extrem kalt, nahe dem absoluten Nullpunkt, gemacht wird und die Teilchen, aus denen es besteht, eine sehr geringe Energie haben. Nur Bosonen können ein Bose-Einstein-Kondensat bilden.

F: Bei welcher Temperatur bildet sich ein Bose-Einstein-Kondensat?

A: Ein Bose-Einstein-Kondensat bildet sich, wenn ein verdünntes Gas sehr kalt wird, in der Nähe des absoluten Nullpunkts, was -273,15 °C oder -459,67°F entspricht.

F: Welche Arten von Teilchen können ein Bose-Einstein-Kondensat bilden?

A: Nur Bosonen können ein Bose-Einstein-Kondensat bilden.

F: Wie hoch ist die Dichte eines Bose-Einstein-Kondensats?

A: Die Dichte eines Bose-Einstein-Kondensats beträgt etwa ein Hunderttausendstel der Dichte von normaler Luft.

F: Ist ein Bose-Einstein-Kondensat eine Zustandsänderung?

A: Ja, ein Bose-Einstein-Kondensat ist eine Zustandsänderung.

F: Wie hoch ist die Viskosität von Materie im BEC-Zustand?

A: Wenn sich die Materie im BEC-Zustand befindet, hat sie keine Viskosität.

F: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Suprafluidität, Supraleitung und dem BEC-Zustand der Materie?

A: Suprafluidität und Supraleitfähigkeit sind beide eng mit dem BEC-Zustand der Materie verbunden.