Kungliga Vetenskapsakademien har beslutat att utdela nobelpriset i fysik 2001 gemensamt till Eric A. Cornell och Carl E. Wieman, båda USA, samt Wolfgang Ketterle, Tyskland, ”för uppnående av Bose–Einsteinkondensation i förtunnade gaser av alkaliatomer, samt för tidiga fundamentala studier av kondensatens egenskaper”.
Men vad är då Bose–Einstein-kondensat? Det kan jämföras med hur en laserstråle skiljer sig från vanligt ficklampsljus. I lasern har dels ljuspartiklarna samma energi, dels svänger de i takt. Att också få materia att uppföra sig på detta kontrollerade sätt har länge varit en utmaning för forskarna. Årets nobelpristagare i fysik har lyckats. De har fått atomer att sjunga som en välstämd kör och därmed upptäckt ett nytt materietillstånd kallat Bose–Einstein-kondensat (BEC).
Detta fenomen förutsades redan 1925 av Albert Einstein, som tilldelades nobelpriset i fysik 1921. Han hade fått ta del av beräkningar på ljuspartiklar, fotoner, gjorda av den indiske fysikern S.N. Bose. Bose kunde presentera en alternativ härledning av den av Max Planck tidigare funna strålningslagen. Einstein utvidgade teorin till en viss typ av atomer och förutspådde att om man kyler ned en gas av sådana atomer till mycket låg temperatur så kommer alla atomer plötsligt att samlas i det lägsta möjliga energitillståndet. Processen liknar den där vätskedroppar bildas ur en gas och kallas därför kondensation.
 |
|
Hastighetsfördelningen för atomerna i det först observerade Bose–Einstein-kondensatet av fria atomer uppvisade denna ”alptopp” av praktiskt taget stillastående atomer, överlagrad på en flack Maxwell-fördelning svarande mot en temperatur av ca 180 nanokelvin. |
|
NIST/SCIENCE PHOTO LIBRARY/IBL |
Laserstråle med materia
Alltsedan Einsteins och Boses pionjärarbeten har det funnits en önskan hos fysiker att kunna åstadkomma detta nya fundamentala tillstånd av materia, som förväntas ha många intressanta och användbara egenskaper. Först 70 år senare lyckades Carl E. Wieman och Eric A. Cornell, båda verksamma i forskningsgruppen JILA vid universitetet i Colorado. Det var Wieman som omkring 1990 drog upp riktlinjer för hur BEC i förtunnade gaser av alkaliatomer skulle kunna uppnås. Han anställde sedan Cornell för att arbeta på projektet. År 1995 kunde så gruppen för första gången nå kondensationsgränsen i rubidium. Cornell och Wieman fick då fram ett renodlat kondensat av ca 2 000 rubidiumatomer vid 20 nK (nanokelvin), det vill säga 0,000 000 02 grader högre än den absoluta nollpunkten.
Wolfgang Ketterle är tysk men bor numera i USA där han är verksam vid MIT, Massachusetts Institute of Technology. Oberoende av JILA-gruppen hade han arbetat på motsvarande sätt med natriumatomer. De kondensat han lyckades framställa innehöll fler atomer än rubidiumkondensatet och kunde därför användas för att undersöka fenomenet närmare. Ketterle kunde till exempel alstra en stråle av små ”BEC-droppar” som föll på grund av tyngdkraften. Detta kan ses som början till en ”laserstråle” med materia i stället för ljus.
BEC-forskningen på stark frammarsch
Efter de blivande pristagarnas spektakulära demonstrationer av BEC i rubidium och natrium har en explosionsartad utveckling av fältet skett, och över 20 grupper utför nu experiment med BEC. Cornells, Wiemans och Ketterles grupper har emellertid fortsatt att vara de ledande och de har kontinuerligt presenterat en mängd nya intressanta resultat.
BEC-fenomenet i gaser kommer att kunna utnyttjas bland annat i precisionsmätningar av olika naturfenomen. Vidare kommer BEC att kunna tillämpas inom litografi, nanoteknologi och holografi.
Extern länk:
(Artikeln publicerad 2001-10-10)
Nobelpriset 2001: Fysik
http://www.ne.se/rep/nobelpriset-2001-fysik
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
