Bose-Einstein_yoğunlaşması
Gross-Pitaevskii haricindeki modeller
BEC’nin Gross-Pitaeyskii modeli BEC’nin belirli sınıfları için geçerli olan fiziksel bir yaklaşımdır. Yapı itibarıyla, GPE şu basitleştirmeyi kullanmaktadır: GPE, yoğun parçacıklar arasındaki etkileşimlerin iki “body” tipinden kaynaklandığını farz eder ve serbest enerjinin büyük katkısını yok sayar. Bu varsayımlar genellikle seyreltilmiş 3 boyutlu yoğuşuklar için uygundur. Eğer bu varsayımlardan biri olmazsa, yoğuşuk dalga fonksiyonu (wavefunction) yüksek dereceli terimler içerir. Hatta bazı fiziksel sistemler için terim miktarı sonsuza kadar gider ve denklem polinom olmaz. Bu durumun meydana geldiği örnekler: Bose-Fermi birleşik yoğuşuklar, etkili düşük boyutlu yoğuşuklar, yoğun yoğuşuklar ve süper akışkan/süper sıvı (mutlak sıfırın bir derece üstündeki sıvı hali) kabuklar ve damlacıklar. Keşif 1938 yılında, Pyotr Kapitsa, John Allen ve Don Misener, süper akışkan olarak bilinen ve 2.17 Kelvin’den düşük sıcaklıktaki helium-4’ü keşfettiler. Süper akışkan helium, sıfır adalılık ve sayısal girdap (quantized vortices) gibi olağan dışı birçok özellik içerir. Öncelikle, süper akışkanlığın sıvının kısmi Bose-Einstein yoğunluğundan dolayı olduğuna inanıldı. Aslında süper akışkan helyumun çoğu özelliği Cornell, Wieman ve Ketterle tarafından oluşturulan gazlı Bose-Einstein yoğuşuklarında görülmektedir. Süper akışkan helium-4 gazdan ziyade sıvıdır. Yani atomlar arasındaki etkileşimler göreceli olarak güçlüdür: Bose-Einstein’ının yoğunlaşma teorisi Süper akışkan helium-4’ü tanımlamak için ciddi şekilde değiştirilmelidir. Ayrıca bozon yerine fermiyum içeren helium-3, düşük sıcaklıkta süper akışkan hale geçer. Bu durum 2 atomlu bozonik “Cooper çifti” biçimlenme ile açıklanabilir. İlk saf Bose-Einstein yoğuşuğu 5 Haziran 1995 yılında Eric Cornell, Carl Wieman ve JILA daki meslektaşları tarafından oluşturuldu. Bu çalışmayı lazer soğutucu ve manyetik buharlaşmalı soğutucu kullanarak, 170 NK dan düşük yaklaşık 2 bin rubidiım-87 atomu içeren seyreltilmiş buharı soğutarak yapmışlardır. 4 ay sonra MİT’ten Wolfgang Ketterle sodium-23 den yapılmış bir yoğuşkanı oluşturdu. Ketterle’nin yoğuşkanı yaklaşık 100 kat daha fazla atom içerir. Bu durum ona 2 farklı yoğunlaşma arasında kuantum mekanik etkileşiminin gözlemlenmesi gibi önemli sonuçlar sağlar. Cornell, Wieman ve Ketterle başarıları için 2001 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmışlardır. JILA çalışmasından bir ay sonra Rice Üniversitesinde, Randall Hulet önderliğindeki bir grup Lithium atomlarının yoğuşuğu oluşturduklarını duyurmuşlardır. Lithium, yoğuşuğu duraksız olmasına ve atomların çarpışmasına neden olan ilginç etkileşimler göstermektedir. Hulet ve meslektaşları, bir sonraki denemede yoğuşuğu yaklaşık 1000 atoma kadar kuantum basıncı ile dengelenebileceğini göstermiştir. Bose-Einstein yoğunlaşması ayrıca katılarda sanki parçacıklara uygulanabilir. Antiferromagnetteki bir magnon “dönme 1” taşır ve Bose-Einstein statiğine uyar. Magnonların yoğunlukları, dış manyetik alanı tarafından kontrol edilir. Bu teknik, Bose sıvısıyla güçlü bir etkileşime giren seyreltilmiş Bose gazından geniş aralıkta bozon yoğunluklarına ulaşabilmeyi sağlar. Yoğunlaşma noktasında gözlemlenen manyetik sıralanma süper akışkanlık analoğudur. 1999 da magnonların Bose yoğunlaşması antiferromagnet Tl Cu Cl3 içerisinde gösterilmiştir. Yoğunlaşma 14 K kadar yüksek sıcaklıklarda gözlenmiştir. Yüksek sıcaklığa geçişin nedeni magnonların daha yüksek yoğunlukta ve daha küçük kütlede olmasıdır. 2006 yılında, ferromagnetlerdeki magnonların yoğunlaşması oda sıcaklığında gösterilmiştir.