Физики впервые получили конденсат Бозе-Эйнштейна на основе кальция

Группе немецких физиков впервые удалось получить конденсат Бозе-Эйнштейна на основе атомов кальция. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Коротко ее суть изложена в пресс-релизе немецкого Федерального физико-технического института.
Конденсатом Бозе-Эйнштейна называют агрегатное состояние материи при температурах, близких к абсолютному нулю. Разница с точкой абсолютного нуля (минус 273 градуса Цельсия) не должна превышать миллионных долей градуса. При этом атомы находятся в минимальных квантовых состояниях и их можно описать только законами квантовой механики. Фактически, находящиеся в виде конденсата Бозе-Эйнштейна атомы представляются как волны. Они могут накладываться друг на друга и образовывать гигантские (до миллиметра) суперволны, которые можно непосредственно наблюдать.

До сих пор конденсат Бозе-Эйнштейна был получен только на основе атомов щелочных металлов - рубидия и натрия. Волновая картина, возникающая в конденсате Бозе-Эйнштейна, очень сильно зависит от условий, в которых он находится. Теоретически, вещество в этом состоянии можно использовать как чувствительный детектор, например, магнитного или гравитационного полей. Однако щелочные металлы дают слишком размытую картину, не позволяющую применить их на практике.

Кальций, напротив, характеризуется очень узкой спектральной линией. Чтобы получить конденсат Бозе-Эйнштейна на основе кальция, ученые взяли 2х10⁶ атомов кальция, охлажденных в магнитооптической ловушке до температуры около 20 микрокельвинов (приставка микро- означает одну миллионную часть чего-либо). Эти атомы захватывались оптическим пинцетом. Постепенно его "хватка" ослабевала, и часть более горячих атомов кальция испарялась, охлаждая оставшуюся совокупность атомов. В ходе этого процесса около 2х10⁵ атомов охладились до температуры 200 нанокельвинов. Пятая часть из этого количества достигла еще более низкой температуры и перешла в состояние конденсата Бозе-Эйнштейна.

Существование конденсата Бозе-Эйнштейна было предсказано Эйнштейном в 1925 году на основе работ Шатьендраната Бозе. Впервые рубидий удалось перевести в это состояние в 1995 году. За эту работу в 2001 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

За прошедшие 14 лет ученые исследовали некоторые свойства конденсата Бозе-Эйнштейна. Совсем недавно группа физиков привела доказательства, что в конденсате Бозе-Эйнштейна может существовать модель магнитного монополя Дирака, который часто описывают как магнит с единственным полюсом.