الحالة الخامسة للمادة: حالة تكاثف بوز آينشتاين.

حالة تكائف بوز آينشتاين, والتي يُشار إليها باسم “الحالة الخامسة للمادة”, هي حالة من المادة تنشأ عندما يتم تبريد الجسيمات التي تسمى البوزونات إلى ما يقرب من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية).

في مثل هذه درجات الحرارة المنخفضة, لا توجد طاقة كافية للجسيمات للتحرك في مواضع قد تتسبب في تداخل خصائصها الكمية المميزة مع بعضها البعض. بدون اختلافات في الطاقة لتمييز الجسيمات عن بعضها, فإن المجموعة بأكملها تشترك في نفس الهوية الكمية. لتصبح فعلياً سحابة واحدة وتسمى “جسيمات فائقة”, تعمل وفقاً للقواعد الخاصة بها.

بعد هذا الاكتشاف أصبح لدينا 5 حالات من المادة وهي: السائلة والصلبة والغازية والبلازمة وتكائف بوز آينشتاين. يمكنك معرفة المزيد عنها من هنا: ما هي حالات المادة الخمسة؟ وما هي حالة تكاثف بوز-آينشتاين؟

كيف تم اكتشاف حالة تكاثف بوز آينشتاين؟

في الأيام الأولى لفيزياء الكم, في أوائل القرن العشرين. أعاد الفيزيائي الهندي وعالم الرياضيات ساتيندرا ناث بوز (Satyendra Nath Bose) تفسير الإحصاءات المتعلقة بالعلاقة بين الضوء ودرجة الحرارة. وذلك من خلال تطبيق التطورات الحديثة في نظرية الكم.

عند التحقق من فكرته مع مع طرحه ألبرت آينشتاين, أصبح تفسير العالم بوز الجديد معروفاً باسم حالة تكائف بوز آينشتاين Bose-Einstein Condensate. وهو مفهوم أصبح أساسيًا في الرياضيات والذي يسمح لنا بتمييز بعض الجسيمات عن بعضها البعض عندما تكون في هذه السحابة فائقة الجسيمات.

نقل بوز اسمه أيضاً إلى فئة من الجسيمات تسمى البوزونات Bosons. والتي تشمل أعضاء حاملة للقوة من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات مثل الفوتونات Photons والغلوونات Gluons. قام أينشتاين بتوسيع إحصائيات بوز ليس فقط لوصف موجات الضوء, ولكن لوصف الذرات أيضاً.

مما أدى إلى تنبؤات بأن مجموعات من البوزونات الفردية يمكن أن تشترك في الحالات الكمومية مع انخفاض درجة الحرارة. لوحظ هذا الأمر في عام 1995 عندما تم تبريد مجموعة من ذرات الروبيديوم 87. وهي عبارة عن جزيئات كبيرة مؤهلة للبوزونات, بنجاح إلى 170 نانوكلفن في إحدى التجارب.