Bose-Einstein-kondensasjon eller Bose-Einstein-kondensat er en faseovergang som skjer ved lav temperatur i kvantemekaniske systemer, beskrevet i Bose-Einstein-statistikk.

Atomene nedkjøles til så vidt det absolutte nullpunkt, da er det så vidt de beveger seg. I stedet begynner de å klumpe seg sammen, og innta samme energinivå. Fra en fysikers synsvinkel blir de identiske, og hele atomklyngen begynner å oppføre seg som om den er ett eneste atom.^[1]

Fenomenet ble beskrevet teoretisk i 1920-årene av Satyendra Nath Bose i samarbeid med Albert Einstein. Av Bose-Einstein-kondensatet fremkommer mange interessante og mye studerte fysiske fenomener, deriblant superfluiditet og superledning.

Teori

Bosoner er partikler med heltallig spinn, og karakteriseres ved at et vilkårlig antall partikler tillates å okkupere en hvilken som helst mikroskopisk tilstand. Ved termodynamisk likevekt, når det ikke finnes noe Bose-kondensat, er antallet partikler i hver tilstand gitt ved Bose-distribusjonsfunksjonen, som avhenger av temperatur og kjemisk potensial.

Etter faseovergangen bryter dette bildet delvis sammen og et makroskopisk antall partikler finnes i systemets mikroskopiske grunntilstand (resten beskrives fortsatt av Bose-distribusjonensfunksjonen). Med «makroskopisk» menes at hvis N er totalt antall partikler og N₀ er antall partikler i kondensatet, er N₀/N ulik null når N går mot uendelig. Denne faseovergangen skjer ved en gitt temperatur som kalles kritisk temperatur eller kritisk punkt. Den kritiske temperaturen er lav, men endelig, dvs. høyere enn 0 K.

Systemer med Bose-Einstein-kondensat

• Superfluider. Superfluiditet som fenomen oppstår fordi det finnes et kondensat som kan bevege seg kollektivt uten viskositet. For superflytende helium er bildet av kondensatet mer komplisert enn beskrevet over, siden helium er en væske med forholdsvis sterk vekselvirkning mellom partiklene (Det finnes per i dag ingen mikroskopisk teori for superflytende helium).
• Superledere. Her er partiklene som kondenserer par («Cooper-par») av elektroner. Elektroner er fermioner, men som par kan de under gitte omstendigheter oppføre seg som bosoner og kondensere.
• Ultrakalde, ultratynne gasser. Dette er de eneste systemene hvor en kan se Bose-Einstein-kondensatet i fysiske, nær ideelle, gasser. Disse har ingen praktisk nytte, men er svært viktige i forskningsammenheng.

Referanser