Kondensat Bosego-Einsteina – tajemniczy stan, w którym światło zwalnia

Otaczająca nas rzeczywistość na pierwszy rzut oka wydaje się intuicyjna i przewidywalna. Dzieje się tak głównie dlatego, że na co dzień operujemy w pewnych granicach skali i prędkości. Wykroczenie poza ten zakres, czy to mas, czy prędkości pozwala jednak dostrzec, że świat jest niezwykle skomplikowany i bardzo nieintuicyjny. Doskonale o tym wiedzą naukowcy zajmujący się fizyką kwantową, czy też fizyką przy prędkościach relatywistycznych.
Kondensat Bosego-Einsteina – tajemniczy stan, w którym światło zwalnia

Doskonałym przykładem może być tutaj prędkość światła w próżni. Według naszej obecnej wiedzy nie tylko nie ma na świecie niczego zdolnego poruszać się szybciej od światła w próżni, ale także żaden obiekt czy cząstka obdarzona masą nie jest w stanie osiągnąć prędkości światła w próżni, bowiem rozpędzenie takiego obiektu/cząstki wymagałoby użycia nieskończonej ilości energii. Można zatem powiedzieć, że prędkość 299 792 km/s jest zarezerwowana jedynie dla fotonów i jedynie w próżni.

Warto tutaj jednak wspomnieć, że fotony są w stanie osiągnąć niższe prędkości w innych ośrodkach niż próżnia. Kiedy zmierzymy prędkość światła poruszającego się w wodzie, nie będzie już ona wynosiła 299 792 km/s a jedynie 225 000 km/s. Owszem, wciąż będzie to zawrotna prędkość, ale jednocześnie nie będzie już rekordowo wysoką prędkością, bowiem naukowcy są w stanie rozpędzić cząstki do wyższych prędkości w specjalnych urządzeniach, zwanych akceleratorami cząstek.

Czytaj także: Fizycy schłodzili cząsteczki do ekstremalnie niskiej temperatury. Tu rządzi już mechanika kwantowa

Skoro jednak w próżni światło osiąga swoją najwyższą prędkość, powstaje pytanie o to, jak bardzo można spowolnić jego ruch w innych ośrodkach.

Okazuje się bowiem, że pośrednią odpowiedź na to pytanie uzyskano już pod koniec XX wieku i to niejako przypadkiem, bowiem podczas eksperymentów, których celem nie było maksymalne spowolnienie światła.

W 1998 roku naukowcy z Rowland Institute for Science w ramach swojego projektu badawczego zajmowali się badaniem właściwości stworzonego po raz pierwszy zaledwie trzy lata wcześniej kondensatu Bosego-Einsteina, czyli stanu materii, w którym obłok bozonów jest schładzany do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, gdzie niejako zaczyna się on zachowywać jak pojedynczy obiekt kwantowy. Często o tak powstałym obłoku mówi się, że zachowuje się on jak pojedynczy atom. Nie powinno zatem dziwić, że naukowców ten specyficzny stan niezwykle interesuje, wszak spoglądając na taki „makroskopowy atom”, można lepiej przyjrzeć się jego właściwościom kwantowym.

Czytaj także: Dotykasz nadciekłego helu dłonią. Co poczujesz?

Podczas wspomnianego eksperymentu, naukowcy schłodzili obłok atomów sodu w komorze próżniowej do temperatury bliskiej zeru absolutnemu. W tym celu wiązki laserowe skierowane na atomy sodu stopniowo je spowalniały. Tak utworzony obłok atomów umieszczono w swoistej pułapce, w której wiązki laserowe stopniowo schładzały i spowalniały atomy utrzymywane przez silne pole magnetyczne do poziomu rzędu nanokelwinów. Po osiągnięciu nowego stanu materii tj. kondensatu Bosego-Einsteina naukowcy wyemitowali w jego kierunku dwie wiązki laserowe ustawione względem siebie pod kątem prostym.

Pomiary wykazały, że światło przechodzące przez kondensat Bosego-Einsteina zwolniło do prędkości zaledwie 17 metrów na sekundę, lub jak kto woli do 61 km/h.