barzel

Все мы помним со школьной физики строение атома: электрон, нейтрон и протон. А вот бозон, наверное, никто не помнит. Что такое температура все более менее знают, а что такое точка Кюри, абсолютный ноль, сверхтекучесть и сверхпроводимость тоже, наверное, не все помнят.
Давайте начнем по порядку. Температура - эта мера движения атомов. Чем они быстрей движутся, тем тело горячее и наоборот.
Так вот, когда частицы почти останавливливаются, и только остаются колебания вокруг определенной точки= это называется абсолютный ноль - ноль Кельвина. Когда материал достигает температур близких к нулю, начинает проявляться эффект сверхтекучести и сверхпроводимости. Эта когда вихри в жидкости не прекращаются, и нет внутреннего трения. А сверхпроводимость - это когда электроны двигаются, будучи один раз запущены, не останавливаясь.

В квантовой физике известно, что квантовые частицы обладают набором разных свойств: спин, очарование, странность, аромат и другое. Запрет Паули распространяется на все фермионы, частицы, которые образуют материю. Но помимо частиц вещества, есть еще частицы, которые передают силовое взаимодействие. Называются они бозоны. Так вот запрет Паули не действует в мире бозонов.

Две частицы с полуцелым спином(фермионы) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии. Благодаря этому существуют орбитали у электронов, разные энергетические уровни.
И если взять много бозонов и хорошенько их охладить получим новое аггрегатное состояние - конденсат Бозе-Эйнштейна. Это когда все частицы вдруг начинают вести себя как одна большая квантовая частица, и это состояние можно изучать как макромир, что довольно удобно. Единственная проблема - получить это состояние. Для этого нужно охладить материал до температуры 5,9 пикокельвин (пК) (5,9·10−12 Кельвин).

Так кто такой был физик Бозе? Он был преподавателем физики в Индии в начале 20-ого века. Как раз когда в Европе происходила научная революция в области квантовой физики: Эйнштейн, Поль Дирак. Но они все были очень далеки от Индии. И ученые из Индии редко приезжали в Европу на конференции, на обмен опытом. И Бозе был в достаточной изоляции. И вот на одной лекции он пытался доказать, что какое-то положение в физике не возможно. И как это бывает, допустил ошибку, и пришел к тому, что это положение возможно. Перепроверил, нашел ошибку в расчете, исправил. Но тут у него произошло озарение, что это не совсем ошибка, а большой прорыв в квантовой механике. Существуют такие ситуации, в которых множество частицы вещества ведут себя так, как одна большая квантовая частица. Он послал это предположение во многие научные журналы, но их редакторы не хотели это публиковать, потому что с трудом верилось, что кто-то из страны третьго мира может опровергнуть стройную квантовую теорию. На этом Бозе не остановился. Он послал свою идею главному ученому мира - Эйнштену. Альберт сразу понял, что это предположение может перевернуть все научные представления о квантовой теории. Эйнштейн послал в журнал эту статью , естественно, от имени Бозе, и его сразу напечатали. Пригласили в Европу, и он начал работать с Эйнштейном, читать лекции. У себя на родине получил звание профессора, хотя даже не был доктором наук.

Так как же можно охладить материал до таких низких температур? А что если направить когерентный луч фотонов на ядро атома против его движения? Импульс у фотона маленький, но если их взять в достаточном количестве,то можно тормознуть и большой атом. Это как шар в боулинге и шарики от пинг-понга. Следущий шаг- это избаться от самых быстрых частиц. Так же, как мы остужаем суп. Когда суп стынет, самые быстрые молекулы его покидают. А внутри остаются более медленные. Так в случае с конденсатом отсев быстрых молекул был осуществлен магнитом.