עיבוי בוז-איינשטיין הוא מצב שחומרים מסוימים יכולים להגיע אליו בטמפרטורות נמוכות מאד. בד"כ כשאומרים "עיבוי בוז-איינשטיין" מתכוונים לגז מאד דליל (דליל פי מיליון מאויר) של אטומים מסוימים שקורר לטמפרטורה של פחות ממיליונית המעלה מעל האפס המוחלט. סוגי האטומים שמדענים הצליחו להביא למצב של עיבוי בוז-איינשטיין הם ספורים, והנפוצים הם נתרן, רובידיום וליתיום. טרם הצליחו לייצר עיבוי בוז-איינשטיין של מולקולות.
לפי תורת הקוונטים, חלקיקים או אטומים שאינם "חופשיים" אלא מוגבלים לתחום מסוים במרחב, יכולים להיות בעלי אנרגיות מסוימות בלבד. אנו אומרים שהחלקיק נמצא ברמת אנרגיה מסוימת ויכול לעבור לרמת אנרגיה אחרת בלבד ולא להיות "בין הרמות". קיימת רמת אנרגיה מינימאלית שנקראת רמת היסוד.
במצב "רגיל" של החומר, בין אם הוא מוצק, נוזל או גז, כל אטומי החומר מפוזרים על פני רמות אנרגיה שונות, כתלות בטמפרטורה. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, סך האנרגיה גדול יותר.
מצב של עיבוי בוז-איינשטיין הוא מצב שבו כל האטומים נמצאים במצב היסוד של המערכת המסוימת. לא ניתן להגיע למצב זה עם כל אטום. ישנן שתי קטגוריות עבור אטומים: פרמיונים ובוזונים. רק בוזונים יכולות לעבור התעבות בוז-איינשטיין.
המיוחד במצב זה הוא שכל האטומים למעשה זהים לחלוטין ולא ניתן להבדיל ביניהם (מבחינת מיקום, מהירות, אורך גל וכו').
במצב זה ניתן להבחין בתופעות קוונטיות בקנה מידה גדול מאד, למשל עשירית המילימטר, שהוא קנה מידה שאדם יכול להבחין בו. לדוגמא ניתן לראות "גלי חומר" כאשר שני "ענני" עיבוי בוז-איינשטיין מתנגשים ומופיעים אזורים שבהם אין חומר (כמו גלי ים ש"מתאבכים" – אבל היעלמות החומר והופעתו במקום אחר הינה קוונטית).
"גלי חומר": שני עיבויים ששוחררו זה לצד זה והם מתרחבים אחד ליד השני ("מתנגשים"); באזור החפיפה רואים פסים כמו בהתאבכות אור.
D. S. Durfee and W. S. Ketterle, Experimental studies of Bose-Einstein condensation, Opt. Express, 2:299–313, Optical Society of America, 1998
ההוכחה להתעבות בוז-איינשטיין, עקומת התפלגות מהירות האטומים.
מעבר של אטומי רובידיום למצב הצבירה החמישי (משמאל לימין). באדיבות ויקיפדיה.
ניתן לומר שעיבוי בוז-איינשטיין הוא מצב צבירה חמישי, בנוסף למוצק, נוזל, גז ופלסמה. במעבדה כאשר מייצרים עיבוי, ניתן לראות שחלק מהאטומים לא התעבו ונמצאים בצורת "ענן תרמי" שמקיף את העיבוי. דבר זה דומה לקרח ומים שיכולים להימצא יחדיו בשיווי משקל בטמפרטורה ולחץ מסוימים.
מצב זה הוא אמנם ייחודי מאד ויש לזכור שעד כה רק יסודות כימיים ספורים הובאו למצב זה.
בנוסף, ניתן גם לומר שחומרים על-מוליכים, כמו גם הליום על-נוזלי (שתיהן תופעות המתרחשות בטמפרטורות של מיליוניות מעלות מעל האפס המוחלט) נמצאים במצב של עיבוי בוז-איינשטיין.
איתי שומרוני
המחלקה לכימיה פיסיקאלית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
