Pierwszy w Polsce Kondensat Bosego - Einsteina

2 marca 2007 roku o godzinie 20.30 w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (FAMO) osiągnięto pierwszy w Polsce kondensat Bosego-Einsteina, kondensat atomów ⁸⁷Rb.

Fot. Absorpcyjny obraz kondensatu Bosego-Einsteina 20ms po wypuszczeniu go z pułapki

      Kondensat wytworzyła grupa uczonych pod kierunkiem prof. dr hab. W. Gawlika z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, w składzie J. Zachorowski i A. Noga z Uniwersytetu Jagiellońskiego, F. Bylicki i M. Zawada z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, W. Jastrzębski z Instytutu Fizyki PAN w Warszawie, J. Szczepkowski z Pomorskiej Akademii Pedagogicznej w Słupsku i M. Witkowski z Uniwersytetu Opolskiego. Do wytworzenia kondensatu konieczne było uzyskanie niewyobrażalnie niskiej temperatury gazu atomów rubidu niższej niż 100 nK (0,0000001 stopnia powyżej zera bezwzględnego). Ten "polski biegun zimna" to niższa temperatura niż gdziekolwiek może wystąpić we wszechświecie (poza kilkoma laboratoriami fizyków).

Fot. Zespół optyki laserowej.

       Kondensacja Bosego-Einsteina jest jednym z najważniejszych zjawisk, w których przejawia się falowa natura atomów. Zjawisko to, wprowadzone do fizyki pracami teoretycznymi tych dwóch wielkich fizyków w 1924 roku, doczekało się realizacji w niemal doskonałej postaci dopiero w 1995 roku. Wcześniej, śladów zjawiska doszukiwano się we własnościach nadciekłego helu. Jest to jednak układ silnie oddziałujący i frakcja skondensowanych atomów nie przekracza tam 10%. Tymczasem niezwykły w ostatnich 20 latach rozwój optycznych i magnetycznych metod spowalniania obojętnych atomów oraz ich pułapkowania doprowadził do wytworzenia kondensatów w rozrzedzonych parach atomów alkalicznych, gdzie zjawisko to występuje w czystej postaci. Metody optyczne i zastosowanie pól elektromagnetycznych pozwalają dalej modyfikować to oddziaływanie oraz manipulować kondensatem, badać jego własności, wreszcie pozwoliły skonstruować pierwsze lasery atomowe - źródła spójnych fal materii. Kondensaty atomowe stały się niezastąpionym narzędziem do badania podstaw najgłębszej znanej nam teorii fizycznej, jaką jest mechanika kwantowa.

       Ważnym praktycznym zastosowaniem kondensatu Bosego-Einsteina jest metrologia. Optyczne zegary atomowe pozwolą na dokładność wiele rzędów wielkości lepszą niż dotychczasowe zegary atomowe. Ma to ogromne znaczenie dla telekomunikacji i nawigacji lotniczej i satelitarnej. Kondensat Bosego-Einsteina ma też zastosowania w ultra-precyzyjnych pomiarach i nanotechnologii. W szczególności lasery atomowe dają możliwość litografii daleko większej rozdzielczości od np. używanej obecnie przy budowie nowoczesnych procesorów komputerowych. Fascynujące perspektywy zastosowań stwarza układ wielu kondensatów w tzw. sieci optycznej dla realizacji komputerów kwantowych. Kondensat Bosego-Einsteina pozwala też na obserwację i badanie wielu zjawisk z fizyki ciała stałego, np. zjawiska nadciekłości i nadprzewodnictwa. Ze względu na niezwykle wysoki stopień kontroli nad materią osiągalny w kondensacie Bosego-Einsteina, prace nad nim nazywane są czasem "fizyką ciała stałego w białych rękawiczkach".

      Za otrzymanie pierwszego kondensatu Bosego-Einsteina w roku 2001 E.A.Cornell, W. Ketterle i C.E.Wieman zostali uhonorowani nagrodą Nobla. Wcześniej, w roku 1997, nagroda Nobla również została przyznana za osiągnięcia z dziedziny chłodzenia atomów. W tej chwili jest około 50 laboratoriów w wysoko rozwiniętych krajach na wszystkich kontynentach, w których wytworzono kondensat, nad którym prowadzi się badania. Rozwijają się one bardzo szybko. Rocznie powstaje kilkaset publikacji na ten temat. Polski kondensat jest pierwszym w bloku krajów post-socjalistycznych, a można również powiedzieć że jest to pierwszy kondensat Bosego -Einsteina pomiędzy Łabą a Pekinem. Dzięki temu osiągnięciu polska nauka zyskuje narzędzie do uprawiania najnowocześniejszych badań z zakresu fizyki ultrazimnej materii.

Źródło: Strona internetowa Instytutu Fizyki PAN www.ifpan.edu.pl