Polscy fizycy bliscy zera bezwzględnego

W ten sposób osiągnięto pierwszy w Polsce - i w krajach Europy środkowo-wschodniej - kondensat Bosego-Einsteina, czyli kondensat atomów 87 Rb (rubidu). Naukowcy polscy zyskują dzięki niemu narzędzie do uprawiania nowoczesnych badań z zakresu fizyki ultrazimnej materii.

Doświadczenie przeprowadzono w piątek (2 marca) w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (FAMO) z siedzibą w UMK.

Uzyskany rezultat nazywamy potocznie +polskim biegunem zimna+, gdyż nigdy wcześniej w Polsce nie udało się osiągnąć tak niskiej temperatury, nie występującej gdziekolwiek we wszechświecie poza kilkoma laboratoriami fizyki - powiedział dyrektor Krajowego Laboratorium FAMO prof. Stanisław Chwirot.

Kondensacja Bosego-Einsteina jest jednym z najważniejszych zjawisk, w których przejawia się falowa natura atomów.

Powszechnie znane są cztery stany skupienia materii: stały, ciekły, gazowy oraz mniej popularna plazma, czyli zjonizowany gaz. Istnienie piątego stanu skupienia materii, kondensatu Bosego- Einsteina, przewidziano już w latach 20. XX w. (indyjski fizyk Satyendr Nath Bose i Albert Einstein w 1924 r), jednak dopiero w 1995 r. pierwszą kondensację dla atomów rubidu (Rb 87) zaobserwowali badacze z Kolorado - Eric Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl Weiman. Sześć lat później otrzymali za to Nagrodę Nobla.

Kondensat Bosego-Einsteina powstaje w skrajnie niskich temperaturach - tylko o miliardowe części stopnia różniących się od zera bezwzględnego (zero bezwzględne to minus 273,16 stopnia Celsjusza, czyli 0 stopni Kelvina), w wysokiej próżni. W takich warunkach trzeba utrzymać na miejscu chmurę atomów za pomocą specjalnej pułapki - magnetycznej lub laserowej.

Im niższa temperatura, tym wolniej poruszają się atomy. Atomy gazu w temperaturze pokojowej mkną z prędkością tysięcy kilometrów na godzinę, a atomy kondensatu Einsteina-Bosego poruszają się tak powoli, że nie da się ich ruchu zmierzyć.

W krótkim czasie kondensat Bosego-Einsteina stał się jednym z najpopularniejszych wśród fizyków obiektów badań. Obecnie około 50 laboratoriów na świecie ma taki kondensat.

Ze względu na niezwykle wysoki stopień kontroli nad materią, osiągalny w kondensacie Bosego-Einsteina, prace nad nim nazywane są "fizyką ciała stałego w białych rękawiczkach".

Kondensat można zastosować w metrologii przy budowie optycznych zegarów atomowych, telekomunikacji i nawigacji. Umożliwia też on obserwację i badanie wielu zjawisk z fizyki ciała stałego, np. zjawiska nadciekłości i nadprzewodnictwa.

Mówiąc o potencjalnych korzyściach z kondensatu, prof. Chwirot wyjaśnił, że do tej pory w Polsce badania w jego zakresie mogli prowadzić głównie teoretycy. Praktykę zdobywano za granicą, np. w USA, gdzie w pracach wykorzystywano m.in. polskie pomysły. Także podstawową wiedzę zdobywaliśmy w kontaktach z zagranicą. Teraz możemy to robić w kraju - podkreślił.

Posiadanie kondensatu pozwoli Polakom na kształcenie kadry przygotowanej do przyjęcia nowych technologii. Niekoniecznie musimy w Polsce zbudować komputer kwantowy, ale jak on się już pojawi, to będziemy mieć ludzi przygotowanych do jego twórczego używania- powiedział profesor.

W toruńskim laboratorium kondensat Bosego-Einsteina uzyskał zespół pod kierunkiem prof. Wojciecha Gawlika z Uniwersytetu Jagiellońskiego (UJ) w Krakowie. Zespół tworzyli: Jerzy Zachorowski i Adam Noga (UJ), Franciszek Bylicki i Michał Zawada (UMK), Włodzimierz Jastrzębski (Polska Akademia Nauk), Jacek Szczepkowski (Akademia Pomorska w Słupsku) oraz Marcin Witkowski z Uniwersytetu Opolskiego.