צוות מאוסטריה זכה במירוץ ליצור עיבוי מורכב
ג'ון וויתפילד , נייצ'ר (תרגום: דיקלה אורן)
קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/boseeinsteincondensate.html
חוקרים גרמו לקבוצת מולקולות להגיע סוג חריג של חומר, שנקרא עיבוי בוז-איינשטיין (Bose Einstein Condensate). ההישג מעניק לפיזיקאים כלי חדש ורב עוצמה לחקירת תופעות כגון על מוליכות. זהו עיבוי בוז איינשטיין הראשון, שנוצר ממולקולות ולא מאטומים. מתוך כמה קבוצות, שמנסות ליצור את המצב הזה בכמה חודשים האחרונים, רודולף גרים ועמיתיו מאוניברסיטת אינסברוק, אוסטריה, הם הראשונים לפרסם את ממצאיהם.
“זה יגרום להרבה התרגשות – כולנו ניסינו ליצור עיבוי בוז איינשטיין ממולקולות,” אומר חוקר BEC רנדל הולט מאוניברסיטת רייס ביוסטון, טקסס. “נפתחו הדלתות לכמה הבנות עמוקות.” עיבוי בוז איינשטיין הוא קבוצה של חלקיקים זהים, המתנהגים כחלקיק אחד. הפיזיקאים סטיאנדרה נת בוז ואלברט איינשטיין חזו את קיומו של מצב כזה ב-1924. עיבוי בוז איינשטיין הראשון הושג בשנת 1995 באטומי רובידיום. עיבויי בוז איינשטיין הם על מוליכים ועל נוזליים – הם מוליכים חשמל ללא התנגדות וזורמים ללא חיכוך. העיבוי נוצר רק כאשר לחלקיקים יש אנרגיה נמוכה מאוד, בטמפרטורות של חלקי המיליארד של המעלה מעל לאפס המוחלט.
קשה יותר לגרום למולקולות, שהן יותר מורכבות מאטומים, להיות באותו מצב. הן נתקלות ונחבטות זו בזו ובכך גורמות לעלייה בטמפרטורה. הצוות של גרים השתמש בלייזר כדי לקרר ענן של גז אטומי ליתיום. עם צניחת הטמפרטורות האטומים יצרו קשרים כימיים חלשים, וזוגות של אטומי ליתיום יצרו מולקולות. במצב הזה הגז היה יציב דיו כדי ליצור עיבוי בוז איינשטיין.
העיבוי המולקולרי הכיל כ-150,000 מולקולות ליתיום ונמשך כ-20 שניות. מרבית העיבויים מתקיימים רק במשך אלפיות השנייה. “לגרום למולקולות להיות בעיבוי למשך זמן ארוך כל כך זה ממש מדהים,” אומרת דברה ג'ין מאוניברסיטת קולורדו בבולדר. הצוות שלה פרסם מאמר ברשת ביום שישי שעבר על הייצור שלהם של עיבוי בוז איינשטיין מהיר באטומי אשלגן.
עיבוי בוז איינשטיין המולקולרי הוא “מערכת צעצוע להבנת חוקי הפיסיקה הבסיסיים” , אומר גרים. מרבית מוליכי העל לדוגמא, הם חומרים יותר מורכבים, שקשה להבין את המאפיינים שלהם.
העיבוי המולקולרי של הליתיום הוא גם צעד לקראת “גביע פיסיקלי” נוסף: מצב של חומר, שלא נצפה עד כה ונקרא עיבוי פרמיוני. אטומי ליתיום משתייכים לסוג של חלקיקים, שנקראים פרמיונים. משמעות הדבר היא שהם אינם יכולים להיות באותו מצב פיסיקלי – ההפך המוחלט מהמתרחש בעיבוי בוז איינשטיין. כשהאטומיפ הופכים למולקולות, הם עוברים לסוג אחר של חלקיקים, שנקרא בוזונים. הבוזונים יכולים להתקיים בצוותא ללא כל הפרעה. עיבוי הליתיום מאכלס את הגבול בין שני המצבים האלה. חלק מהמולקולות בו יכולות להתפצל בחזרה לאטומים פרמיונים. אלה יכולים ליצור זוגות, שהם על מוליכים אך לא מעובים.
ניתן להיעזר בעיבוי פרמיוני כדי לחקור חלקיקים אלמנטריים – אלקטרונים, נויטרונים ופרוטונים, שהם פרמיונים גם כן. כמו כן ניתן להיעזר בעיבוי פרמיוני למחקר מחשוב קוואנטי וכוכבי נויטרונים, השאריות הצפופות במיוחד של התפוצצות כוכב.
“זהו זמן נהדר לעבוד בתחום הזה,” אומר הפיזיקאי וולפגנג קטרל מהמכון הטכנולוגי במסצ'וסטס, קיימברידג'. “הוא תחרותי, מלא בהתרגשות וקצב ההתקדמות עולה על כל דמיון.” קטרל זכה בפרס נובל לפיזיקה ב-2001 על עבודתו בתחום עיבוי בוז איינשטיין.
ידען הפיסיקה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~688231699~~~95&SiteName=hayadan
