BOSEEINSTEIN KONDENZCI BEC Bose 1924 fotonok Einstein 1925
BOSE-EINSTEIN KONDENZÁCIÓ BEC Bose 1924: fotonok Einstein 1925: atomok Ideális Bose-gáz (atomok párosszámú neutronnal) alapállapotban (T=0): minden atom azonos egyrészecske-állapotban: ezek alkotják a kondenzátumot az impulzustérben, 0 impulzus körül Állandó térfogaton hűtve fázisátmenet-szerűen jelenik meg a kondenzátum, ott, ahol kritikus értéket ér el a FÁZISTÉR-SŰRŰSÉG: ha egy fáziscellába több részecske kerül koordináta: nagy sűrűség impulzus 0 körül: alacsony hőmérséklet további részletek: stat. fiz. jegyzet ugyanitt
Az eddigi csak ideális gázra vonatkozik! Kísérleti rendszerek: a kölcsönhatás zavarja, megváltoztatja. • folyékony He: atom-atom távolság szórási hossz: a szuperfolyékonyság csak bonyolult, áttételes módon kapcsolódik a BEC-hez • gyengén kölcsönható Bose-gáz: elméletileg érthető (Bogoljubov stb), kísérletileg megvalósítható, ha nem olyan nagy a sűrűség, de akkor nagyon alacsony hőmérséklet kell! atomtávolság Lézerhűtés: csak és a sűrűség se elég nagy A hiányzó nagyságrendeket 1995 -re dolgozták le, azóta rengeteg kísérlet, izgalmas alkalmazások Nobel-díj: 2001 Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman
A RÉSZLETEK: alkáli atomok (Rb, Na stb) túltelített gőze, MERT 1. gazdag spektrum optikai-mágneses manipulációkhoz, 2. elég erős atom-atom ütközések a hűtés közbeni termalizációhoz B függvényében „FESCHBACH-REZONANCIÁK” a szórási hosszban! • a kezdet: „sötét” MOT (a közepére nem jut be a melegítő lézerfény) • a folytatás: tisztán mágneses csapdában tömörítés inhomogén térben az alnívók helyfüggése erőt jelent • áttérés elektronszintekről hiperfinom mágneses alnívókra • párolgásos hűtés a maradéknak termalizálódnia kell, ebben jó az alkáli! -1 +1 rf „szike” (scalpel) ~ MHz a legmelegebb atomok spinjét átbillenti a nem csapdázottba; kevés marad, de az hideg!
Baj: a spinbillentő ütközések a kúp hegye körül szinte energia nélkül is mennek: ott lyukas a csapda, BE KELL TÖMNI! DE HOGYAN? • Wieman-Cornell (JILA, Boulder): pörgetni kell a csapdázó mágneses teret • Ketterle (MIT): alulról világító lézer fénynyomásával lezárni • Ketterle (később): „lóherelevél-minta” (cloverleaf) 3 D kvadrupól mágneses tér, ami seholse megy le nullába, a tekercsek áramával finoman szabályozható Ioffe 1962 fúzió, Pritchard 1983 atomfizika
Megfigyelés: • rezonáns fénnyel megvilágítva árnyékot vet • a csapdát eleresztve, szétfolyik, kivéve a 0 impulzusú kondenzátumot! Rb (JILA, Boulder) (mesterséges színek)
Ugyanaz nátriumon, a konkurrenciánál (MIT) A csapda-potenciál anizotróp! ez lényegében a sebességeloszlás, távolságra lefordítva A rezonáns fény destruktív és melegít; később megoldották a leképezést nemrezonáns fénnyel is
A kondenzátum kicsatolása: spinbillentő rf impulzussal Tervek (még mindig): atomlézer, litográfia (építő, nem vágó) Két kondenzátumot egyszerre kicsatolva, esés közben kitágulva átfednek, interferálnak!
GERJESZTÉSEK A KONDENZÁTUMBAN • rezgések: a csapdapotenciált megfeszíteni, azután elengedni mérhető: frekvencia, csillapítás (PRL 1996 aug. 5) Elmélet: Szépfalusy Péter és Kondor Imre régi folyékony hélium elmélete nyomán! kvadrupól módus • kvantált örvények: a csapdapotenciált megpörgetni (PRL 2004 nov. 19) hatszöges és négyszöges örvényrácshibák
LASSÚ FÉNY (Nature 1999 február 18) csoportsebesség dω/dk≈ áteresztés c/ω ∂n/∂ω ~ néhány m/s két rezonancia között erős diszperzió, elnyelés nélkül (EIT: Electromagnetically Induced Transparency) törésmutató egy rezonancia, amit egy „csatoló lézer” fénye kettéhasít, a kettő közé lő be a „szondázó lézer” Az eredmény: egy km-es hullámcsomag μm-esre rövidül, ami belefér egy BEC-be • erős optikai nemlinearitás már 1 -2 fotonos intenzitásnál • kvantum-info tárolás • koherens radar-rendszerek stb.
BEC létrehozható még: • mágneses mikrocsapdában („atom chip”) • optikai rácsban keresztezett lézerekkel létrehozott állóhullámok fényerőkkel (light shift) csapdáznak www. nature. com/naturephysics: 2005 október, Immanuel Bloch cikke Josephson-szerű oszcillációk két gyengén csatolt kondenzátum között
- Slides: 10