براي ساختن چگاله ي بوز-آينشتاين فيزيكدانان معمولا گاز هاي اتمي را در چند ميلياردم يك درجه ي كلوين سرد مي كنند. به تازگي گزينه ي جديدي مطرح شده كه مي توان اين سيستم هاي كوانتمي درشت مقياس را در دما هاي نسبتا بالا با استفاده از پولاريتون ها كاويد.

بر اساس مكانيك كوانتمي، طبيعت موجي يك شئ به آن اجازه مي دهد تا از ميان مانعي بگذرد كه از نظر فيزيك كلاسيك مطلقا غير قابل نفوذ است.
پس چرا نمي توانيم تونل زني و ديگر پديده هاي كوانتمي را در زندگي روزمره مان ببينيم؟

دليل اينست كه اين پديده ها تنها در مقياس طول موج اتم هايي اتفاق مي افتد كه اشيا ريز- مقياس را شكل مي دهند، و اين طول موج ها بسيار كوچكتر از آنند كه اثرشان ديده شود. برابر فرمول      (در اين فرمول p اندازه ي حركت است و برابر است با حاصل جرم در سرعت)، طول موج دوبروي يك اتم نوعي در دماي اتاق در حدود   است.

براي مشاهده ي رفتار موجي يك ذره ما بايد اندازه حركت آن را كاهش دهيم. اگر اندازه حركت گروهي از ذرات آنقدر پايين باشد كه طول موج ذرات با فاصله بينشان برابر شود، تابع موج منحصر به فرد ذرات شروع به انطباق سازنده مي كنند يا به عبارتي افزايش مي يابند. وضعيت بسيار منظمي كه حاصل مي شود به نام چگالش بوز- آينشتاين شناخته مي شود كه در آن تمام ذرات همچون يك موج واحد رفتار مي كنند. اين پديده تنها در ميان ذراتي به نام بوزون ها كه داراي اندازه حركت زاويه اي و اسپين صحيح هستند شكل مي گيرد.

از زمان ساخته شدن اولين چگاله ي بوز- آينشتاين (BEC) از اتم هاي گاز روبيديم، 12 پيش، فيزيكدانان علاقمند بوده اند كه به اين اندازه حركت بسيار كوچك از طريق سرد كردن ذرات (كم كردن سرعتشان) برسند. اما دماي مورد نياز فوق العاده پايين است، در مجموع تنها چند ميلياردم درجه، كه نيازمند تكنيك هاي بسيار پيشرفته سرمايش از جمله سرمايش ليزري مي باشد. گزينه ي ديگر كه هماكنون توسط لابراتوار هاي بسياري در سرتاسر دنيا دنبال مي شود، ساختن نوع خاصي از ذرات بسيار سبك به نام پولاريتون است. پولاريتون ها كه بوزون هايي هستند متشكل از يك جفت حفره- الكترون و يك فوتون، ميليارد ها بار سبك تر از اتم هاي روبيديم هستند، بنابراين بايد قادر باشند BEC را در دما هاي بسيار بالاتر تشكيل دهند.

اولين نشانه ي چگاله ي پولاريتون سال گذشته زماني كه Jacek Kasprazk از دانشگاه ژوزف فوريه در فرانسه به همراه همكاراني در سويس و انگلستان، از ليزر براي افزايش پيوسته چگالي پولاريتون ها در يك ريز حفره ي نيمه رسانا كه در دماي نسبتا گرم 19K قرار دارد استفاده كردند، بدست آمد. آنها دريافتند كه بالاي چگالي بحراني پولاريتون ها شروع مي كنند به نشان دادن رفتار همدوس يك BEC.

ديگر محققان اين زمينه شك داشتند كه پولاريتون ها BEC واقعي بوده باشند، چراكه اين رفتار تنها در منطقه اي كه با ليزر برانگيخته شده است ديده شده، كه اين منطقه به خودي خود همدوس است. براي حل اين مشكل ديويد اسنوك و همكارانش از دانشگاه پيتزبورگ و آزمايشگاه هاي بل در ايالات متحده سيستم مشابه اي ساخته اند كه در آن پولاريتون ها توسط ليزري توليد مي شوند كه متعاقباً از برانگيختگي ليزري دوري مي كند. آنها اين كار را با استفاده از يك ميخ تيز به عرض 50 μm انجام دادند كه با ايجاد يك پريشاني ناهمگن در ريز حفره تله اي مي سازد كه پولاريتون ها مي توانند در آن انباشته شوند. آنها دريافتند كه در اين سيستم هنوز BEC در دماي 4.2K شكل مي گيرد.

با اينكه اين نتيجه به گرمي BEC 19 كلويني اي كه تيم Kasprazk گزارش كرده نيست، دكتر اسنوك به فيزيك وب گفت كه از زمان انتشار نتيجه تا كنون آنها دماي چگاله را تا 32K افزايش داده اند: "به دلايل متعدد مي توان انتظار داشت كه مي توانيم به دماهاي بالاتر هم برسيم... من رسيدن به دماي اتاق را پيش بيني نمي كنم اما بيش از 100K دور از دسترس نيست."
به علاوه ريز حفره ي تيم آمريكايي از نيمه رسانا هاي در دسترس گاليم آرسنيد كه در سيستم هاي محصور سازي -مانند آنچه كه براي گاز هاي اتمي استفاده مي شوند- ساخته شده است كه باعث مي شود اين زمينه براي گروه هاي تحقيقاتي بيشتري قابل دسترسي باشد.

با اين وجود هنوز ترديد هايي وجود دارند كه آيا سيستم اسنوك يك BED با شرايط متعارف است؟ چرا كه پولاريتون ها چنان عمر كوتاهي دارند كه سيستم تنها مي تواند به شبه- تعادل برسد. اسنوك مي گويد:" برخي مي خواهند استفاده از عبارت BEC را به سيستم هاي در تعادل حقيقي محدود كنند. از طرف ديگر عده اي مي خواهند اين عبارت را كلي تر كنند تا تمامي انواع سيستم ها ازجمله ليزر را در بر گيرد. به نظر من اين مسئله بيشتر مربوط مي شود به اصطلاحات و نامگذاري فني."

منبع: pszine.com
تهيه و تنظيم: ماني رشتي پور

ارسال شده توسط بهزاد طهماسب زاده