הצגת המקור של הדף "עיבוי בוז-איינשטיין"

[[קובץ:Bose Einstein condensate.png|שמאל|ממוזער|250px|המחשה של עיבוי בוז-איינשטיין]]
'''עיבוי בוז איינשטיין''' (נקרא לעיתים '''עיבוי בוזה-איינשטיין''') היא תופעה המתרחשת ב[[בוזון|בוזונים]] (כלומר חלקיקים עם [[ספין (פיזיקה)|ספין]] שלם) ובה מספר רב של חלקיקים נדחס [[רמת אנרגיה|ברמת היסוד]] (הרמה בעלת ה[[אנרגיה]] הנמוכה ביותר) של מערכת קוונטית, כאשר ה[[טמפרטורה]] קרובה מאוד ל[[האפס המוחלט|אפס המוחלט]]. התופעה קרויה על שם הפיזיקאים [[סאטינדרה נאת בוז]] ו[[אלברט איינשטיין]] שתיארו אותה מבחינה [[מתמטיקה|מתמטית]] ([[התפלגות בוז-איינשטיין]]) עשרות שנים לפני שנצפתה בפועל. לתופעה זו ישנה חשיבות ניסיונית ביצירת [[מצבים קוהרנטיים|מצבים קוונטים קוהרנטיים]] וב[[פיזיקת מצב מוצק|פיזיקה של חומר מעובה]]. עיבוי בוז-איינשטיין הופק ונצפה לראשונה ב[[מעבדה]] בניסוי שביצעו [[אריק קורנל]] ו[[קארל וימן]] ב-[[1995]]. הם השתמשו בגז של אטומי [[רובידיום]], שקורר לטמפרטורה של 170 ננו-[[קלווין]] (אחד חלקי מיליארד של קלווין), ובמצב זה חלק רב מהאטומים אכן קרס לרמת היסוד.

המצב שבו נמצאים חלקיקים שעברו עיבוי נקרא '''תַּעְבִּית''' (או: '''קוֹנְדֶנְסָאט''') '''בוז איינשטיין ''', ויש המחשיבים אותו כ[[מצב צבירה]] בפני עצמו.

== תאוריה ==
עיבוי בוז-איינשטיין נובע מ[[סטטיסטיקת בוז-איינשטיין]] המתארת כיצד מתפלגת אוכלוסייה של [[בוזון|בוזונים]] בין רמות אנרגיה שונות כתלות בטמפרטורה. התפלגות זו יכולה לתאר התנהגות של [[פוטון|פוטונים]] ולמעשה נוצרה כהכללה שלה להתנהגות זאת. בדומה ל[[פרמיון|פרמיונים]], הבוזונים הם חלקיקים זהים שלא ניתן להבחין ביניהם, ולכן הדבר היחיד שניתן לתאר הוא מספר החלקיקים המאכלסים כל רמת אנרגיה (או "מצב" קוונטי) אך לא ניתן לומר איזה [[חלקיק]] נמצא באיזו רמה. בניגוד לפרמיונים, המקיימים את [[עקרון האיסור של פאולי]], אין הבוזונים מוגבלים מבחינת אכלוס, ומספר רב של בוזונים יכולים לאכלס את אותה רמת אנרגיה. הבוזונים (חלקיקים כדוגמת פוטונים או אטומי [[הליום]]-4) מצייתים ל[[התפלגות בוז-איינשטיין]] הנתונה על ידי
: <math>f( \epsilon ) = \frac{1}{\exp{ \left( \frac{\epsilon - \mu} {k_B T } \right)} - 1 }</math>
כאן <math>f</math> הוא האכלוס הממוצע (או צפיפות האכלוס) של רמת אנרגיה בעלת אנרגיה <math>\epsilon</math>,{{כ}} <math>\mu</math> הוא [[פוטנציאל כימי|הפוטנציאל הכימי]], <math>k_B</math> הוא [[קבוע בולצמן]] ו-<math>T</math> היא הטמפרטורה.

כאשר מקררים בוזונים לטמפרטורה נמוכה מאוד, מאחר שהם יכולים לחלוק אותו [[מצב קוונטי]], שיער איינשטיין שאותם חלקיקים ייפלו (או "יִתְעַבּוּ") למצב הקוונטי בעל האנרגיה הנמוכה ביותר המותר במערכת. במצב כזה, הבוזונים מפגינים התנהגות שונה ונוצר [[מצב צבירה]] חדש של חומר, הנקרא "[[גז בוז|גז בוזונים מנוון]]".

הטמפרטורה הקריטית שמתחתיה מתרחש העיבוי (בגז במרחב תלת-ממדי ללא פוטנציאל חיצוני) ניתנת לחישוב מהתאוריה. כאשר מבצעים אותו מקבלים שהיא
: <math>T_c=\left(\frac{n}{\zeta(\frac{3}{2})}\right)^{2/3}\frac{h^2}{2\pi m k_B}</math>
כאן <math>n</math> היא צפיפות החלקיקים, <math>m</math> מסת הבוזון, <math>h</math> הוא [[קבוע פלאנק]], ו-<math>\zeta</math> היא [[פונקציית זטא של רימן]].

== גילוי ==
=== נוזל על ===
{{הפניה לערך מורחב|נוזל-על}}
ב-[[1938]] גילו [[פיוטר קפיצה]] (Pyotr Kapitsa), [[ג'ון אלן]] (John Allen) ו[[דון מייזנר]] (Don Misener) ש[[הליום-4]] הופך לסוג חדש של נוזל – "נוזל על" – כאשר ה[[טמפרטורה]] שלו נמוכה מ-2.2 [[קלווין]]. להליום [[על-נוזל]]י יש מספר תכונות השונות מנוזל המוכר בטמפרטורות גבוהות, ביניהן היכולת לזרום ללא [[צמיגות]] וללא [[חיכוך]] פנימי וכן קיומן של [[מערבולת קוונטית|מערבולות קוונטיות]]. מהר מאוד הבינו שהעל-נוזליות של ההליום מתרחשת הודות לעיבוי בוז-איינשטיין של מולקולות ההליום-4, שהן בוזונים. תכונות רבות של על נוזל מופיעות גם בגז בוזוני מנוון שיצרו קורנל, וימן וקטרל (ראו בהמשך). למרות זאת, ההליום העל-נוזלי איננו גז בוזוני מנוון, מאחר שהוא סוג של [[נוזל]] ולא [[גז]], והאינטראקציות בין החלקיקים בו חזקות עד כדי כך שיש לתקן את המודל המקורי של בוז ואיינשטיין על מנת לתארה ולהסבירה כיאות.

=== הניסוי של קורנל ווימן ===

העיבוי האמיתי הראשון שנצפה במעבדה נוצר בידי [[אריק קורנל]] ו[[קארל וימן]] במעבדת JILA ב-[[5 ביוני]] [[1995]]. הם עיבו אדים דלילים שהורכבו מ-2000 אטומי [[רובידיום]]-87 עד לטמפרטורה של 170 ננו-[[קלווין]] תוך שימוש ב[[קירור באמצעות לייזרים]] וקירור ב[[אידוי מגנטי]].

כעבור 4 חודשים, בניסוי בלתי תלוי הצליח [[וולפגנג קטרלה]] מ-[[MIT]] ליצור גז בוזונים מנוון של [[נתרן]]-23. בעיבוי זה היו פי 100 יותר אטומים מבזה של קורנל, דבר שאפשר לקטרלה לצפות בתופעות חשובות הנובעות מ[[מכניקת הקוונטים]] (למשל, התאבכות קוונטית). ב-[[2001]] זכו קורנל, ווימן וקטרלה ב[[פרס נובל לפיזיקה]] על הישגם ביצירת עיבוי בוז-איינשטיין במעבדה.

בעקבות זוג ניסויים מוצלחים אלה, החל גל של ניסויים שמטרתם ליצור עיבוי של מערכות פיזיקליות שונות. ב[[נובמבר]] [[2003]] הצליחה קבוצה שהורכבה מוולפגנג קטרלה, דבורה ג'ין ורודולף גרים, ליצור גז בוזונים מנוון המורכב מ[[מולקולה|מולקולות]].

=== קשיים ביצירת גז בוזונים מנוון ===

עיבוי בוז-איינשטיין הוא מצב מאוד שביר ולא יציב, בהשוואה למצבי צבירה נפוצים יותר. אינטראקציה של הגז עם העולם הסובב אותו – קטנה ככל שתהיה – עשויה לחמם את הגז מעבר לטמפרטורה הקריטית של העיבוי, וכתוצאה מכך להפוך את התעבית חזרה לגז רגיל.

כרגע{{דרושה הבהרה|מתי?}} נחקרות דרכים כיצד לנצל את גז הבוזונים המנוון למחקרים פיזיקליים נוספים וליישמו באופן מעשי. אחד הניסיונות הוא להשתמש בגז בוזונים מנוון כמנגנון ליצירת מצבים קוונטים קוהרנטיים רבים, שכן במצב העיבוי כל האטומים נמצאים ברמה האנרגטית הנמוכה ביותר.

== ראו גם ==
* [[גז אידיאלי]]
* [[גז פרמי]]
* [[בוזון]]
* [[מכניקת הקוונטים]]
* [[על נוזל]]
* [[גז בוז]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [[רן לוי (סופר)|רן לוי]], [http://www.hayadan.org.il/bose-einstein-condensate-0610099/ אם סינדרלה הייתה פיזיקאית: על סאטיאנדרה בוז ועיבוי בוז-איינשטיין], "[[הידען]]", 6 באוקטובר 2009
* {{בריטניקה}}
* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007537184705171|עיבוי בוז איינשטיין}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:פיזיקה סטטיסטית]]
[[קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה]]
[[קטגוריה:אלברט איינשטיין]]
[[קטגוריה:מעבר פאזה]]
[[קטגוריה:מצבי צבירה]]