"फिफ्थ स्टेट ऑफ मॅटर" चे विज्ञान: आण्विक बोस-आइन्स्टाईन कंडेन्सेट (बीईसी) प्राप्त

नुकत्याच प्रकाशित झालेल्या अहवालात, कोलंबिया विद्यापीठाच्या विल लॅब टीमने BEC थ्रेशोल्ड ओलांडण्यात आणि 5 नॅनोकेल्विन (= 5 X 10) च्या अल्ट्राकोल्ड तापमानात NaCs रेणूंचे बोस-आयनस्टाईन कंडेन्सेट (BEC) तयार करण्यात यश मिळवले आहे.^-9केल्विन). आण्विक क्वांटम कंडेन्सेट सुमारे 2 सेकंदांच्या आयुष्यासह स्थिर होते. यामुळे आण्विक BEC चा अनेक दशकांचा प्रदीर्घ प्रयत्न संपतो. ही एक उल्लेखनीय कामगिरी आहे आणि विज्ञानातील एक मैलाचा दगड आहे.

हे सामान्यतः ज्ञात आहे की पदार्थ तीनपैकी कोणत्याही एका राज्यात असेल उदा. तापमान आणि दाब यांसारख्या बाह्य परिस्थितींवर अवलंबून घन, द्रव किंवा वायू. उदाहरणार्थ, एच₂O सामान्य बाह्य परिस्थितीत बर्फ, पाणी किंवा बाष्प म्हणून आढळते.

जेव्हा तापमान 6000-10,000 केल्विनपेक्षा जास्त असते, तेव्हा पदार्थ आयनीकृत होते आणि प्लाझ्मामध्ये बदलते, चौथ्या अवस्था.

तापमान निरपेक्ष शून्याच्या जवळ अति-कमी असल्यास पदार्थाची स्थिती काय असेल?

1924-25 मध्ये सत्येंद्र नाथ बोस आणि अल्बर्ट आइनस्टाइन यांनी एक सैद्धांतिक भाकीत केले की जर बोसॉन कण (उदा. पूर्णांक स्पिन व्हॅल्यूसह घटक) पूर्ण शून्याच्या जवळ अति-कमी तापमानात थंड केले जातात, कण एका मोठ्या घटकात एकत्रित होतील आणि सामायिक गुणधर्म आणि वर्तन क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांद्वारे शासित होतील. बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेट (बीईसी) असे म्हणतात, ही स्थिती पदार्थाची पाचवी अवस्था मानली जात होती.

पदार्थाची स्थिती	अस्तित्वाची तापमान श्रेणी
प्लाजमा	6000-10,000K वर
गॅस	पाण्यासाठी, सामान्य वातावरणाच्या दाबावर 100°C पेक्षा जास्त
लिक्विड	पाण्यासाठी, 4°C ते 100°C दरम्यान
घन	पाण्यासाठी, खाली, 0°C
बोस-आयझेनस्टाईन कंडेन्सेट (BEC)	निरपेक्ष शून्याजवळ अणु बोसॉनसाठी सुमारे 400 नॅनोकेल्किन आण्विक BCE साठी सुमारे 5 नॅनोकेल्विन {1 नॅनोकेल्विन (nK) = 10 ^-9 केल्विन} पूर्ण शून्य = 0 केल्विन = -273°C

बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेट (बीईसी) चे सैद्धांतिक अंदाज, पदार्थाची पाचवी अवस्था सुमारे सात दशकांनंतर 1995 मध्ये सत्यात उतरली जेव्हा एरिक कॉर्नेल आणि कार्ल वाईमन यांनी रुबिडियम अणूंच्या वायूमध्ये प्रथम बीईसी तयार केला आणि त्यानंतर लवकरच, वुल्फगँग केटरले यांनी निर्मिती केली. सोडियम अणूंच्या वायूमध्ये BEC. या तिघांना २००१ मध्ये भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.अल्कली अणूंच्या पातळ वायूंमध्ये बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेशन साध्य करण्यासाठी आणि कंडेन्सेटच्या गुणधर्मांच्या प्रारंभिक मूलभूत अभ्यासासाठी".

पदार्थाच्या पाचव्या अवस्थेच्या विज्ञानातील प्रगतीची टाइमलाइन

प्रगतिदर्शक घटना

1924-25: पदार्थाच्या पाचव्या अवस्थेचा सैद्धांतिक अंदाज. सत्येंद्र नाथ बोस आणि अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी सैद्धांतिक भाकीत केले की जवळजवळ पूर्ण शून्यापर्यंत थंड झालेल्या बोसॉन कणांचा समूह क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांनुसार सामायिक गुणधर्म आणि वर्तणुकीसह एकल, मोठ्या सुपर-एंटीटीमध्ये एकत्रित होईल.

1995: पदार्थाच्या पाचव्या अवस्थेचा शोध - प्रथम अणु बीईसी तयार केले गेले. बोस आणि आइनस्टाईनची सैद्धांतिक भविष्यवाणी ७० वर्षांनंतर सत्यात उतरली जेव्हा एरिक कॉर्नेल आणि कार्ल वाईमन यांनी रुबिडियम अणूंच्या वायूमध्ये प्रथम बीईसी तयार केला आणि त्यानंतर लवकरच, वुल्फगँग केटरले यांनी सोडियम अणूंच्या वायूमध्ये बीईसी तयार केली.

आण्विक BCEs आण्विक BCE चा पाठपुरावा ज्यासाठी नॅनोकेल्विनमध्ये अल्ट्रा-कूलिंग आवश्यक आहे (10^-9 केल्विन) श्रेणी

2008: डेबोरा जिन आणि जून ये पोटॅशियम-रुबिडियम रेणूंचा वायू सुमारे 350 नॅनोकेल्विनपर्यंत थंड केला.

2023: इयान स्टीव्हसन इत्यादी लेझर कूलिंग आणि चुंबकीय हाताळणी यांचा वापर करून 300 नॅनोकेल्विन (nK) तापमानात सोडियम-सीझियम (Na-Cs) रेणूंचा पहिला अल्ट्राकोल्ड वायू तयार केला.

2023: निकोलो बिगाली इत्यादी सोडियम-सीझियम रेणूंच्या बोसॉनिक वायूचे आयुष्य काही मिलिसेकंदांवरून एका सेकंदापर्यंत वाढवण्यासाठी मायक्रोवेव्हचा वापर केला, त्यांना थंड करण्यासाठी एक महत्त्वाची पहिली पायरी. त्यांच्या दीर्घकाळ टिकणाऱ्या नमुन्यासह, त्यांनी तापमान 36 नॅनोकेल्विनपर्यंत खाली आणले - BEC तयार करण्यासाठी रेणूंना आवश्यक असलेल्या तापमानापेक्षा अगदी कमी.

2024: निकोलो बिगाली इत्यादी 5 नॅनोकेल्विन (nK) च्या अल्ट्राकोल्ड तापमानात आण्विक बोसॉन (NaCs रेणू) चे BEC तयार करते

1995 मध्ये शोध लागल्यापासून, जगभरातील आणि आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकात (ISS) प्रयोगशाळा नियमितपणे वेगवेगळ्या प्रकारच्या अणूंपासून अणू BEC बनवतात.

आण्विक बोस-आईन्स्टाईन कंडेन्सेट (BEC)

अणू हे साधे आहेत, ध्रुवीय परस्परसंवाद नसलेले गोल घटक आहेत. म्हणूनच, संशोधकांनी नेहमी रेणूंपासून बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेट (बीईसी) तयार करण्याचा विचार केला आहे. परंतु, आण्विक BEC तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या काही नॅनोकेल्विन (nK) पर्यंत रेणू थंड करण्यासाठी तंत्रज्ञानाच्या अभावामुळे वेगवेगळ्या घटकांच्या दोन अणूंनी बनवलेल्या अगदी साध्या रेणूंचे BEC तयार करणे शक्य झाले नाही.

कोलंबिया विद्यापीठाच्या विल लॅबमधील संशोधकांनी अल्ट्राकोल्ड तंत्रज्ञान विकसित करण्यासाठी सातत्याने काम केले आहे. 2008 मध्ये, ते पोटॅशियम-रुबिडियम रेणूंचा वायू सुमारे 350 नॅनोकेल्विनपर्यंत थंड करू शकले. याने क्वांटम सिम्युलेशन करण्यात आणि आण्विक टक्कर आणि क्वांटम केमिस्ट्रीचा अभ्यास करण्यात मदत केली परंतु BEC थ्रेशोल्ड ओलांडू शकले नाही. गेल्या वर्षी 2023 मध्ये, त्यांनी सोडियम-सीझियम रेणूंच्या बोसोनिक वायूचे आयुष्य वाढवण्यासाठी मायक्रोवेव्हचा वापर केला आणि बीईसी थ्रेशोल्डच्या जवळ असलेले 36 नॅनोकेल्विन तापमान कमी करण्यात सक्षम झाले.

आण्विक बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेट (BES) ची निर्मिती मूलभूत क्वांटम फिजिक्स, क्वांटम सिम्युलेशन, अतिप्रवाह आणि सुपरकंडक्टिव्हिटी आणि नवीन प्रकारच्या क्वांटम संगणकासारख्या नवीन तंत्रज्ञानाच्या संशोधनासाठी दीर्घकालीन प्रासंगिकता असेल.

***

संदर्भ:

Bigagli, N., Yuan, W., Zhang, S. et al. द्विध्रुवीय रेणूंचे बोस-आइन्स्टाईन कंडेन्सेशनचे निरीक्षण. निसर्ग (२०२४). 2024 जून 03. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z arXiv वर प्रीप्रिंट आवृत्ती https://arxiv.org/pdf/2312.10965

कोलंबिया युनिव्हर्सिटी 2024. संशोधन बातम्या – न्यूयॉर्कमधील कोल्डेस्ट लॅबमध्ये नवीन क्वांटम ऑफर आहे. 03 जून 2024 रोजी पोस्ट केले. येथे उपलब्ध https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering

रॉयल स्वीडिश अकादमी ऑफ सायन्सेस. भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक 2001 बद्दल प्रगत माहिती – अल्कली वायूंमध्ये बोस-आईनस्टाईन कंडेन्सेशन. येथे उपलब्ध https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf

नासा. पदार्थाची पाचवी अवस्था. येथे उपलब्ध https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/the-fifth-state-of-matter/

***

"फिफ्थ स्टेट ऑफ मॅटर" चे विज्ञान: आण्विक बोस-आइन्स्टाईन कंडेन्सेट (BEC) प्राप्त

आमचे वृत्तपत्र याची सदस्यता घ्या

सर्वाधिक लोकप्रिय लेख

संपादकीय पिकअप

लोकप्रिय पोस्ट

लोकप्रिय श्रेणीतील