Sa isang kamakailang nai-publish na ulat, ang koponan ng Will Lab ng Columbia University ay nag-uulat ng tagumpay sa pagtawid sa BEC threshold at paglikha ng Bose-Eienstein condensate (BEC) ng mga molekula ng NaC sa ultracold na temperatura na 5 nanoKelvin (= 5 X 10-9 Kelvin). Ang molecular quantum condensate ay matatag na may habang-buhay na mga 2 segundo. Nagtatapos ito ng ilang dekada na mahabang pagtugis ng molekular na BEC. Ito ay isang kahanga-hangang tagumpay at isang milestone sa agham.
Karaniwang kilala na ang bagay ay nasa alinman sa tatlong estado viz. solid, likido o gas depende sa mga panlabas na kondisyon tulad ng temperatura at presyon. Halimbawa, si H2Ang O ay matatagpuan bilang yelo, tubig o singaw sa ordinaryong panlabas na kondisyon.
Kapag ang temperatura ay higit sa 6000–10,000 Kelvin, ang matter ay na-ionize at nagiging plasma, ang pang-apat na state matter.
Ano ang magiging estado ng bagay kung ang temperatura ay napakababang malapit sa ganap na zero?
Noong 1924-25, si Satyendra Nath Bose at Albert Einstein ay gumawa ng isang teoretikal na hula na kung Higgs ang mga particle (hal. ang mga entity na may integer spin value) ay pinapalamig sa isang napakababang temperatura na malapit sa absolute zero, ang mga particle ay magsasama-sama sa isang solong, mas malaking entity na may magkabahaging mga katangian at gawi na pinamamahalaan ng mga batas ng quantum mechanics. Tinatawag na Bose-Einstein condensate (BEC), ang estado na ito ay naisip na ang ikalimang estado ng bagay.
| Estado ng bagay | Saklaw ng temperatura ng pagkakaroon |
| Plasma | higit sa 6000–10,000K |
| Gas | Para sa tubig, higit sa 100°C sa normal na presyon ng atmospera |
| Likido | Para sa tubig, sa pagitan ng 4°C hanggang 100°C |
| Matatag | Para sa tubig, sa ibaba, 0°C |
| Bose-Eisenstein condensate (BEC) | Malapit sa absolute zero Mga 400 nanoKelkin para sa atomic boson Mga 5 nanokelvin para sa molekular BCE {1 nanoKelvin (nK) = 10 -9 Kelvin} Absolute zero = 0 kelvin = -273°C |
Ang teoretikal na hula ng Bose-Einstein condensate (BEC), ang ikalimang estado ng bagay ay naging katotohanan halos pitong dekada mamaya noong 1995 nang nilikha nina Eric Cornell at Carl Wieman ang unang BEC sa isang gas ng rubidium atoms, at di-nagtagal, gumawa si Wolfgang Ketterle. isang BEC sa isang gas ng sodium atoms. Ang trio ay magkatuwang na ginawaran ng Nobel Prize sa Physics 2001″para sa pagkamit ng Bose-Einstein condensation sa mga dilute na gas ng alkali atoms, at para sa maagang pangunahing pag-aaral ng mga katangian ng condensates".
Timeline ng mga pagsulong sa agham ng ikalimang estado ng bagay
| milestones |
| 1924-25: Ang teoretikal na hula ng ikalimang estado ng bagay. Si Satyendra Nath Bose at Albert Einstein ay gumawa ng teoretikal na hula na ang isang pangkat ng mga particle ng boson na lumamig sa halos ganap na zero ay magsasama-sama sa isang solong, mas malaking super-entity na may magkabahaging mga katangian at pag-uugali na idinidikta ng mga batas ng quantum mechanics. |
| 1995: Ang pagkatuklas ng ikalimang estado ng materya - unang mga atomic na BEC na nilikha. Ang teoretikal na hula ng Bose at Einstein ay naging isang katotohanan pagkatapos ng 70 taon nang nilikha nina Eric Cornell at Carl Wieman ang unang BEC sa isang gas ng rubidium atoms, at hindi nagtagal, gumawa si Wolfgang Ketterle ng BEC sa isang gas ng sodium atoms. |
| Molecular BCEs Ang pagtugis ng mga molekular na BCE na nangangailangan ng ultra-cooling sa nanoKelvin (10-9 Kelvin) saklaw |
| 2008: Deborah Jin at Jun Ye pinalamig ang isang gas ng potassium-rubidium molecules hanggang sa humigit-kumulang 350 nanoKelvin. |
| 2023: Ian Stevenson et al lumikha ng unang ultracold gas ng sodium-cesium (Na-Cs) molecules sa temperatura na 300 nanoKelvin (nK) gamit ang kumbinasyon ng laser cooling at magnetic manipulations. |
| 2023: Niccolò Bigagli et al gumamit ng mga microwave upang pahabain ang habang-buhay ng isang bosonic gas ng mga molekula ng sodium-cesium mula sa ilang millisecond hanggang mahigit isang segundo, isang kritikal na unang hakbang sa paglamig sa kanila. Sa kanilang mas matagal na sample, ibinaba nila ang temperatura sa 36 nanoKelvin—mas mababa lamang sa temperatura na kailangan para sa mga molekula upang makabuo ng BEC. |
| 2024: Niccolò Bigagli et al lumilikha ng BEC ng molecular boson (NaCs molecules) sa ultracold na temperatura na 5 nanoKelvin (nK) |
Mula noong natuklasan noong 1995, ang mga laboratoryo sa buong mundo at sa International Space Station (ISS) ay regular na gumagawa ng mga atomic na BEC mula sa iba't ibang uri ng mga atom.
Molekular Bose-Einstein condensate (BEC)
Ang mga atom ay simple, uri ng mga bilog na entity na walang polar na pakikipag-ugnayan. Samakatuwid, ang mga mananaliksik ay palaging naisip na lumikha ng Bose-Einstein condensate (BEC) mula sa mga molekula. Ngunit, ang paglikha ng mga BEC ng kahit na mga simpleng molekula na gawa sa dalawang mga atomo ng iba't ibang mga elemento ay hindi posible dahil sa kakulangan ng teknolohiya upang palamig ang mga molekula sa ilang nanoKelvin (nK) na kinakailangan para sa pagbuo ng molekular na BEC.
Ang mga mananaliksik sa Will Lab ng Columbia University ay patuloy na nagtrabaho patungo sa pagbuo ng ultracold na teknolohiya. Noong 2008, nagawa nilang palamigin ang isang gas ng potassium-rubidium molecules sa humigit-kumulang 350 nanoKelvin. Nakatulong ito sa pagsasagawa ng quantum simulation at sa pag-aaral ng mga molecular collisions at quantum chemistry ngunit hindi makatawid sa BEC threshold. Noong nakaraang taon noong 2023, gumamit sila ng mga microwave upang pahabain ang habang-buhay ng isang bosonic gas ng sodium-cesium molecules at nagawang makamit ang mas mababang temperatura na 36 nanoKelvin na mas malapit sa BEC threshold.
Sa isang kamakailang nai-publish na ulat, ang koponan ng Will Lab ng Columbia University ay nag-uulat ng tagumpay sa pagtawid sa BEC threshold at paglikha ng Bose-Eienstein condensate (BEC) ng mga molekula ng NaC sa ultracold na temperatura na 5 nanoKelvin (= 5 X 10-9 Kelvin). Ang molecular quantum condensate ay matatag na may habang-buhay na mga 2 segundo. Nagtatapos ito ng ilang dekada na mahabang pagtugis ng molekular na BEC. Ito ay isang kahanga-hangang tagumpay at isang milestone sa agham.
Ang paglikha ng molecular Bose-Einstein condensates (BES) ay magkakaroon ng pangmatagalang kaugnayan para sa pananaliksik sa pangunahing quantum physics, quantum simulation, superfluidity at superconductivity at innovation ng mga bagong teknolohiya tulad ng bagong uri ng quantum computer.
***
Sanggunian:
- Bigagli, N., Yuan, W., Zhang, S. et al. Pagmamasid ng Bose-Einstein condensation ng dipolar molecules. Kalikasan (2024). 03 Hunyo 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z Preprint na bersyon sa arXiv https://arxiv.org/pdf/2312.10965
- Columbia University 2024. Pananaliksik ng balita – Ang Pinakamalamig na Lab sa New York ay May Bagong Quantum Offering. Nai-post noong 03 Hunyo 2024. Magagamit sa https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering
- Ang Royal Swedish Academy of Sciences. Advanced na impormasyon sa Nobel Prize sa Physics 2001 - Bose-Einstein Condensation sa Alkali Gases. Available sa https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf
- NASA. Ang Ikalimang Estado ng Materya. Available sa https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/the-fifth-state-of-matter/
***
