Po raz pierwszy udało się uzyskać kondensat Bosego-Einsteina z kwazicząstek

Na Uniwersytecie Tokijskim powstał kondensat Bosego-Einsteina zbudowany z kwazicząstek. Kwazicząstki nie są cząstkami elementarnymi, ale posiadają niektóre z ich cech, jak ładunek czy spin. Przez dziesięciolecia nie było wiadomo, czy kwazicząstki mogą utworzyć kondensat Bosego-Einsteina tak, jak czynią to cząstki. Japońscy naukowcy dowiedli, że mogą, a ich odkrycie może mieć duży wpływ na rozwój technologii kwantowych.

Kondensaty Bosego-Eisteina są czasem opisywane jako piąty – obok ciał stałych, cieczy, gazów i plazm – stan materii. Ich istnienie zostało przewidziane na początku XX wieku. Pierwszy kondensat uzyskano w 1995 roku. Kondensat Bosego-Einsteina pojawia się, gdy grupa atomów zostanie schłodzona do temperatury o miliardowe części stopnia wyższe od zera absolutnego. Naukowcy zwykle wykorzystują lasery i pułapki magnetyczne do stopniowego chłodzenia gazu, zwykle atomów rubidu. W niezwykle niskich temperaturach atomy niemal się nie poruszają i wykazują zadziwiające zachowania. Znajdują się w tym samym stanie kwantowym i zaczynają „sklejać się” ze sobą, zajmując tę samą przestrzeń, tworząc „superatom” zachowujący się jak pojedyncza cząstka. Dotychczas kondensaty Bosego-Einsteina uzyskiwano ze zwykłych atomów.

Japończycy stworzyli kondensat z atomów egzotycznych, czyli takich, w których jedną cząstkę subatomową – np. elektron czy proton – zastąpiono inną cząstką subatomową o takim samym ładunku. Na przykład pozytonium to atom egzotyczny zbudowany z elektronu i pozytonu.

Innym takim przykładem może być ekscyton. Gdy światło trafia w półprzewodnik, prowadzi to do pobudzenia elektronów, pojawia się ich swobodny przepływ, w ten sposób zamieniamy energię światła w energię elektryczną. Miejsce opuszczone przez wzbudzony elektron to dziura, którą można traktować jak cząstkę o ładunku dodatnim. Przyciąga ona elektron o ładunku ujemnym, tworząc parę dziura-elektron. W ten sposób powstaje kwazicząstka zwana ekscytonem. Możemy traktować ją jak atom egzotyczny, a konkretnie atom wodoru, w którym proton został zastąpiony przez dziurę.

Japończycy uwięzili ekscytony – a konkretne paraekscytony, czyli ekscytony o spinach antyrównoległych – w tlenku miedzi (Cu₂O), który schłodzili do 400 mK. Następnie wizualizowali powstały w ten sposób kondensat Bosego-Einsteina i określili różnice i podobieństwa między kondensatem uzyskanym z ekscytonów, a standardowym kondensatem atomowym.

Uczeni już zapowiadają, że zajmą się badaniami dynamiki formowania kondensatu Bosego-Einsteina w półprzewodnikach i badaniami kolektywnego wzbudzenia ekscytonów w kondensacie. Ich celem jest stworzenie platformy do badań kondensatu z ekscytonów.

kondenstat Bosego-Einsteina kwazicząstka