ما هو تكاثف بوز آينشتاين

حالات المادة

تعرف المادة بأنها كل شيء يشغل مساحة ولديه كتلة، وتتكون المادة من جسيمات صغيرة جدًا تسمى الجزيئات، وتتواجد المادة في أربعة حالات طبيعية مختلفة وهي؛ المواد الصلبة والسائلة والغازية والبلازما، إضافةً إلى ذلك هنالك حالة خامسة للمادة تنشأ من صنع البشر وتعرف باسم تكاثف بوز آينشتاين، كما تؤثر عدة عوامل مختلفة على حالات المادة حيث تتغير حالات المادة من حالة إلى أخرى اعتمادًا على العوامل المؤثرة عليها كالضغط ودرجة الحرارة، فعلى سبيل المثال عندما يتم تعرض الماء السائل إلى طاقة حرارية سيتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، كما تبدأ المادة الصلبة في الذوبان وتتحول إلى سائل عند تعرضها للضغط ودرجات الحرارة، وفي ما يأتي سيتم تخصيص الحديث عن تكاثف بوز آينشتاين. ^[١]

ما هو تكاثف بوز آينشتاين

يعد تكاثف بوز آينشتاين أكثر حالات المادة غموضًا، حيث تمكن العلماء من دراسة حالات المادة الأخرى منذ قرون بينما لم يتم دراسة وإنشاء مكثفات بوز آينشتاين في المختبرات حتى التسعينات، ويتم إنشاء هذه المادة عن طريق تبريد مجموعة من الذرات لتصل درجة حرارتها إلى درجة الصفر المطلق، وعند الوصول إلى درجة الحرارة هذه فإن الذرات تفقد طاقتها وبالتالي لن تتمكن من الحراك، حيث تبدأ الذرات بالتكاثف معًا، ومن ثم تصبح متطابقة لبعضها البعض وبالتالي تبدأ مجموعة الذرات بأكملها في التصرف كأنها ذرة واحدة، ولقد كان الفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز أول من تكهن بهذا النوع من حالات المادة نظريًا، ومن ثم شارك أفكاره حول هذه النظرية مع ألبرت آينشتاين، حيث لاحظ آينشتاين أنّ رياضيات بوز التي سميت لاحقًا بإحصاءات بوز آينشتاين يمكن تطبيقها على الذرات وكذلك الضوء، ومن الممكن تلخيص ما تمّ اكتشافه من قبل آينشتاين وبوز بأنّ الذرات التي تتعرض لدرجة حرارة تعادل الصفر المطلق ستنخفض طاقاتها إلى نفس المستوى وبالتالي ستصبح غير مميزة عن بعضها البعض.^[٢]

تجارب وتطبيقات على تكاثف بوز آينشتاين

لقد تم اكتشاف العديد من المواد التي تخضع لتكاثف بوز آينشتاين من خلال العديد من التجارب على مر السنين؛ إذ تمّت ملاحظة هذا التكاثف للنظير 4 من الهيليوم السائل في ثلاثينيات القرن الماضي، ولقد حصدت تكاثفات بوز آينشتاين جائزة نوبل لعام 1995 حيث قام العالمان إرك كورنل وكارل ويمان باختبار مكثفات بوز آينشتاين في أنقى صورها تجريبيًا، كما تنبأت نظرية خاصة بالتوصيل الفائق إلى أن الفرميونات تتحد مع بعضها لتشكيل أزواج كوبر التي تتصرف كالبوزونات، بحيث تظهر هذه الأزواج خواصًا مشابهة لخواص تكاثف بوز آينشتاين^[٣]، حيث إن الفرميونات هي جزيئات لفها المغزلي نصف عدد صحيح كالإلكترونات والبروتونات، بينما البوزونات هي جزيئات ذات لف مغزلي مساوٍ لعدد صحيح كالفوتونات، وعند وضع هذه الفرميونات في أزواج فإنّها تتصرف كالبوزونات، أي أنّ المواد ستتصرف بطريقة مختلفة عن حالتها الطبيعية؛ بحيث لن يكون هنالك تأثير للزّخم، وستختفي قوى الدفع والسحب، كما لن تظهر السوائل لزوجةً واحتكاكًا فعالًا، مما يخلق ميوعة فائقة للسوائل^[٤]، ولقد أدت هذه النظرية إلى اكتشاف حصل على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1996 ألا وهو اكتشاف ميوعة فائقة للنظير الثالث من الهيليوم السائل ^[٣]، ولقد أدت التجارب العديدة على هذه الحالة من المادة إلى التنبؤ بعدد من التطبيقات لاستخدامها كما يأتي:

• معالجة المعلومات الكمومية.
• تطوير أجهزة كشف حساسة لقياس الدقة.
• تطوير الشبكات البصرية.

المراجع

1. ↑ "Matter: Definition & the Five States of Matter", www.livescience.com, Retrieved 19-4-2020. Edited.
2. ↑ "States of Matter: Bose-Einstein Condensate", www.livescience.com, Retrieved 19-4-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "Bose-Einstein Condensate", www.thoughtco.com, Retrieved 19-4-2020. Edited.
4. ↑ "What are cooper pairs?", www.quora.com, Retrieved 19-4-2020. Edited.