ボース・アインシュタイン凝縮: 物質が単一量子状態になるとき

ボース・アインシュタイン凝縮

ザボース・アインシュタイン凝縮(CBE) は、絶対零度に近い温度まで冷却された多数の原子が同じ量子状態を占める物質の状態です。この現象は理論的には次のように予測されています。サティエンドラ・ナス・ボース(1894-1974) とアルバート・アインシュタイン(1879-1955) 1924-1925 年に、1995 年に初めて実験的に観察されました。エリック・コーネル(1961-) とカール・ウィーマン（1951-）ルビジウムを使用。

物理的および量子的性質

ボース・アインシュタイン凝縮では、原子は集合的に単一の巨視的な波として振る舞い、波と粒子の二重性を完全に示しています。原子密度と量子のコヒーレンスにより、超流動や干渉などの現象を巨視的スケールで観察することが可能になります。

ボース・アインシュタイン凝縮を得る一般的な温度はナノケルビン (\(\約 10^{-9}\, K\)) のオーダーです。このスケールでは、原子の運動エネルギーが非常に低いため、量子効果が原子のダイナミクスを完全に支配します。

実験方法

主なテクニックとしては、磁気トラップそしてレーザー冷却。原子はまず光子の吸収と再放出によって減速され、次に磁気ポテンシャルまたは光ポテンシャルに閉じ込められて、凝縮に必要な温度に達します。

応用と展望

ボース・アインシュタイン凝縮により、巨視的スケールでの量子物理学の研究、天体物理現象のシミュレーション、超高精度干渉法、原子時計、重力センサーなどの技術の開発が可能になります。

物質と凝縮物の状態比較表

ソース ：NIST – ボース・アインシュタイン凝縮そして物理世界 – BEC 20 年。

ボース・アインシュタイン凝縮は、量子物理学がどのように物質の集団的挙動を支配し、新しい実験的および技術的応用への道を開くことができるかを見事に示しています。