BOSE-EINSTEIN KONDENZÁCIÓ BEC

Ideális Bose-gáz (atomok párosszámú neutronnal) alapállapotban (T=0): minden atom azonos egyrészecske-állapotban: ezek alkotják a kondenzátumot az impulzustérben, 0 impulzus körül

Állandó térfogaton hűtve fázisátmenet-szerűen jelenik meg a kondenzátum, ott, ahol kritikus értéket ér el a FÁZISTÉR-SŰRŰSÉG:ha egy fáziscellába több részecske kerül

koordináta: nagy sűrűség impulzus 0 körül: alacsony hőmérséklet

Bose 1924: fotonokEinstein 1925: atomok

további részletek: stat.fiz. jegyzet ugyanitt

Az eddigi csak ideális gázra vonatkozik! Kísérleti rendszerek: a kölcsönhatás zavarja, megváltoztatja. • folyékony He: atom-atom távolság

szórási hossz: a szuperfolyékonyság csak bonyolult, áttételes módon kapcsolódik a BEC-hez

• gyengén kölcsönható Bose-gáz: elméletileg érthető (Bogoljubov stb), kísérletileg megvalósítható, ha nem olyan nagy a sűrűség, de akkor nagyon alacsony hőmérséklet kell!

atomtávolság

Lézerhűtés: csak és a sűrűség se elég nagy

A hiányzó nagyságrendeket 1995-re dolgozták le, azóta rengeteg kísérlet, izgalmas alkalmazások

Nobel-díj: 2001 Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman

A RÉSZLETEK:

alkáli atomok (Rb, Na stb) túltelített gőze, MERT1. gazdag spektrum optikai-mágneses manipulációkhoz,2. elég erős atom-atom ütközések a hűtés közbeni termalizációhoz

• a kezdet: „sötét” MOT (a közepére nem jut be a melegítő lézerfény)

• a folytatás: tisztán mágneses csapdában tömörítés inhomogén térben az alnívók helyfüggése erőt jelent

• áttérés elektronszintekről hiperfinom mágneses alnívókra

• párolgásos hűtés-1

+1

rf „szike” (scalpel) ~ MHz a legmelegebb atomok spinjét átbillenti a nem csapdázottba;kevés marad, de az hideg! a maradéknak termalizálódnia

kell, ebben jó az alkáli!

B függvényében „FESCHBACH-REZONANCIÁK” a szórási hosszban!

Baj: a spinbillentő ütközések a kúp hegye körül szinte energia nélkül is mennek: ott lyukas a csapda, BE KELL TÖMNI! DE HOGYAN?

• Wieman-Cornell (JILA, Boulder): pörgetni kell a csapdázó mágneses teret• Ketterle (MIT): alulról világító lézer fénynyomásával lezárni• Ketterle (később): „lóherelevél-minta” (cloverleaf)

3D kvadrupól mágneses tér, ami seholse megy le nullába, a tekercsek áramával finoman szabályozható

Ioffe 1962 fúzió, Pritchard 1983 atomfizika

Megfigyelés: • rezonáns fénnyel megvilágítva árnyékot vet• a csapdát eleresztve, szétfolyik, kivéve a 0 impulzusú kondenzátumot!

Rb

(JILA,Boulder)

(mesterséges színek)

A rezonáns fény destruktív és melegít; később megoldottáka leképezést nemrezonáns fénnyel is

Ugyanaz nátriumon, a konkurrenciánál (MIT)

A csapda-potenciál anizotróp!

ez lényegében a sebességeloszlás, távolságra lefordítva

A kondenzátum kicsatolása: spinbillentő rf impulzussal

Tervek (még mindig): atomlézer, litográfia (építő, nem vágó)

Két kondenzátumot egyszerre kicsatolva, esés közben kitágulva átfednek, interferálnak!

GERJESZTÉSEK A KONDENZÁTUMBAN

• rezgések: a csapdapotenciált megfeszíteni, azután elengedni

mérhető: frekvencia, csillapítás (PRL 1996 aug. 5) Elmélet: Szépfalusy Péter és Kondor Imre régi folyékony hélium elmélete nyomán!

kvadrupól módus

• kvantált örvények: a csapdapotenciált megpörgetni (PRL 2004 nov. 19)

hatszöges és négyszöges örvényrács

rácshibák

LASSÚ FÉNY (Nature 1999 február 18)

csoportsebesség dω/dk≈c/ω

∂n/∂ω

két rezonancia között erős diszperzió,

elnyelés nélkül (EIT: Electromagnetically Induced Transparency)

áteresztés

törésmutató

egy rezonancia, amit egy „csatoló lézer” fénye kettéhasít, a kettő közé lő be a „szondázó lézer”

~ néhány m/s

Az eredmény: egy km-es hullámcsomag μm-esre rövidül, ami belefér egy BEC-be

• erős optikai nemlinearitás már 1-2 fotonos intenzitásnál • kvantum-info tárolás• koherens radar-rendszerek stb.

BEC létrehozható még:

• mágneses mikrocsapdában („atom chip”)• optikai rácsban keresztezett lézerekkel létrehozott állóhullámok fényerőkkel (light shift) csapdáznak

www.nature.com/naturephysics: 2005 október, Immanuel Bloch cikke

Josephson-szerű oszcillációkkét gyengén csatolt kondenzátum között