Bose-Einstein-Kondensat entstand 1995 als Beispiel für einen unglaublich kalten fünften Aggregatzustand, ein Suprafluid. Unser Universum besteht aus Gas, Flüssigkeit, Festkörper und Plasma, aber die Physik sagt eine andere Form von Materie voraus, die in der Natur nicht existiert. Die Partikel im Kondensat von Bose Einstein haben die kälteste Temperatur, die möglich ist, 0 Grad Kelvin oder den absoluten Nullpunkt. Folglich weisen Partikel in diesem Zustand einzigartige, sogar bizarre Eigenschaften auf.
1924 stellten die Physiker Satyendra Nath Bose und Albert Einstein die Theorie auf, dass dieser andere Aggregatzustand möglich sein muss. Einstein erläuterte Boses Vorstellungen über das Verhalten von Licht, wenn es als Wellen und Teilchen wirkt. Er wandte die seltsame Statistik an, die beschrieb, wie Licht zu einer einzigen Einheit (jetzt bekannt als Laser) verschmelzen kann, und fragte sich, wie es Teilchen mit Masse beeinflussen könnte. Aber es dauerte viele Jahre, bis man über genügend ausgereifte Instrumente verfügte, um die Theorie der Teilchen zu testen, die zu einem neuen Zustand kondensieren.
Als Carl Wieman und Eric Cornell Rubidium-87 auf milliardstel Grad des absoluten Nullpunkts abkühlten, wurde das Bose-Einstein-Kondensat (BEC) geboren. Sie mussten vorsichtig und kreativ sein, um diese speziellen Teilchen, die als Bosonen bekannt sind, mit einer Kombination aus Lasern und Magneten zu kühlen. Für ihre Bemühungen wurden sie 2001 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Wir können Teilchen noch nicht so kühlen, dass ihre Bewegung aufgrund von Hitze vollständig stoppt (wahrer absoluter Nullpunkt), aber es reicht aus, sie auf weniger als ein Millionstel Grad Kelvin zu bringen die Eigenschaften von Bose-Einstein-Kondensat.
Was Bosonen von anderen Teilchen unterscheidet, ist ihr ganzzahliger „Spin“ im Gegensatz zu regulären Teilchen. Die getrennten Elektronen in zusammengesetzten Bosonen neigen dazu, gleichzeitig genau das gleiche Energieniveau einzunehmen, was bedeutet, dass die Atome zu genau derselben Einheit verschmolzen sind. Wir können uns diese einzelne Einheit ansehen und einen unscharfen Punkt anstelle mehrerer separater Atome sehen. Andere Bosonen, wie Helium-4, können ebenfalls in ein BEC gezwungen werden.
Wenn Bosonen ihre Identitäten zu einer einzigen Identität zusammenbrechen, zeigen sie uns die Welle-Teilchen-Dualität auf eine neue Art und Weise. BEC könnte mit seiner Ähnlichkeit mit Lasern bestimmte Technologien revolutionieren. Durch ihre charakteristische Suprafluidität fließen sie, ohne Energie durch Reibung zu verlieren, und sind somit eine effiziente Energiequelle. In Zukunft könnten sie verwendet werden, um auf Nanoebene zu ätzen oder Materie nahe an Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.