تكاثف بوز وأينشتاين

تكاثف بوز وأينشتاين في الفيزياء هو تكاثف تنبأ به كل من ساتيندرا ناث بوز سنة 1924 وألبرت أينشتاين بين عامي 1924 و1925،وثبت بالتجريب سنة ١٩٩٥ أي بعد ٧٠ عاما من التكهن بوجود هذه الظاهرة.وتكاثف بوز وأينشتاين يعد طورا من أطوار المادة وقد حاز قصب السبق في برهنتها معمليا كل من كارل ويمان وإيريك ألين كورنيل من جامعة كولورادو في بولدر في معامل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وبعيدهما بفترة ولفجانج كيترلي في معهد ماساتشوستس للتقنية وكلا الفريقين برهنها سنة ١٩٩٥ واستحق الفريقان بموجب ذاك جائزة نوبل في الفيزياء لسنة ٢٠٠١ بالتشارك فيما بينهما.وكان بوز وأينشتاين قد تكهنا أن ذرات الغاز إذا كانت من البوزونات فإنها تحتل حالة كمومية واحدة إذا انخفضت درجة حرارتها تحت حد معين.

النظرية

الجسيمات الأولية إما أن تكون بوزونات ((صحيحات المغزل 0, 1 ,2,...)) أو فيرميونات ((كسريات المغزل 1/2, 3/2, 5/2,...)) مثل الإلكترونات وتخضع الفيرميونات لمبدأ باولي للاستبعاد والذي ينص على أنه لا يمكن لفيرميونين أن يحتلا نفس الحالة الكمومية في حين أن البوزونات يجوز احتلال ذات الحالة الكمومية.فعند درجات الحرارة المنخفضة وتدني الحركة الحرارية إلى مستويات سفلى فإن مجموعات كبرى من البوزونات تميل إلى احتلال ذات الحالة الكمومية.ومن الدلائل الجلية على وجود تكاثف بوز وأينشتاين:

ملف:Bose Einstein condensate.png

توزيع السرعة ويظهر الشكل البيضاوي بالأخضر.

1. توزيع السرعة في الغازات يكشف عن وجود مركبتين متمايزة.
2. زيادة طارئة في الكثافة تصاحب انخفاض درجة الحرارة.
3. الشكل البيضاوي لتوزيع السرعة.

الصياغة الرياضية

يحصل تكاثف بوز وأينشتاين عند تدني درجة الحرارة تحت درجة معينة وتدعى هذه الدرجة بالدرجة الحرجة وهي في الغاز ثلاثي الأبعاد والذي ليس له درجة طلاقة داخلية فإنها تصبح:

$$\begin{gathered} T_c={\left(\frac{n}{\zeta (3/2)}\right)}^{2/3}\frac{2\pi {\hslash }^2}{m{k}_B}\approx 3.31 \\ \frac{{\hslash }^2{n}^{2/3}}{m{k}_B} \end{gathered}$$

حيث أن:

$T_c$		درجة الحرارة الحرجة,
$n$		كثافة الجسيم,
$m$		كتلة البوزون,
$\hslash$		ثابت بلانك المختزل,
$k_B$		ثابت بولتزمان,
$\zeta$		دالة زيتا ريمان وقيمتها $\zeta (3/2)\approx 2.6124.$ (متسلسلة A078434 في OEIS)

طالع

• غاز بوز
• غاز فيرمي
• إحصاء بوز أينشتاين
• احصاء فيرمي ديراك

حواشٍ

بوابة:فيزياء

بوابة فيزياء

bg:Бозе-Айнщайнова кондензация ca:Condensat de Bose-Einstein cs:Boseho-Einsteinův kondenzát da:Bose-Einstein-kondensat de:Bose-Einstein-Kondensat el:Συμπύκνωμα Bose-Einstein Bose–Einstein condensate]] es:Condensado de Bose-Einstein fa:چگالش بوز-اینشتین fi:Bosen–Einsteinin kondensaatti fr:Condensat de Bose-Einstein he:עיבוי בוז-איינשטיין id:Kondensat Bose-Einstein it:Condensato di Bose-Einstein ja:ボース＝アインシュタイン凝縮 kk:Бозе–Эйнштейн конденсаттануы ko:보즈-아인슈타인 응축 ml:ബോസ്-ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ കണ്ടന്‍സേറ്റ് mn:Бозе-Эйнштейний конденцат nl:Bose-Einsteincondensaat no:Bose-Einstein-kondensasjon pl:Kondensat Bosego-Einsteina pt:Condensado de Bose-Einstein ru:Конденсат Бозе — Эйнштейна simple:Bose–Einstein condensate sk:Boseho-Einsteinov kondenzát sl:Bose-Einsteinov kondenzat sv:Bose–Einstein-kondensat ta:போசு-ஐன்ஸ்டைன் செறிபொருள் th:ของเหลวผลควบแน่นโบส-ไอน์สไตน์ tr:Bose-Einstein yoğunlaşması uk:Конденсація Бозе—Ейнштейна vi:Ngưng tụ Bose-Einstein zh:玻色-爱因斯坦凝聚