Hasil pemeluwapan Bose-Einstein

Hasil pemeluwapan Bose-Einstein (bahasa Inggeris: Bose-Einstein condensatecode: en is deprecated , dsingkatkan kepada BEC) ialah satu keadaan jirim bagi gas boson cair yang disejukkan hingga hampir dengan suhu sifar mutlak (0 K atau -273.15 °C^[1]). Dalam keadaan sebegini, sebahagian besar boson-boson mengambil keadaan kuantum yang paling rendah, di mana kesan-kesan quantum menjadi nyata pada skala makroskopik. Kesan-kesan ini dipanggil fenomena kuantum makroskopik.

Meskipun eksperimen-eksperimen terbaru telah mendedahkan interaksi-interaksi rumit, keadaan jirim ini pertama kali diramalkan secara umum di dalam kertas-kertas kerja oleh Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein pada tahun 1924-25. Pada mulanya, Bose telah menghantar satu kertas kerja kepada Einstein berkenaan statistik kuantum kuanta cahaya (kini dinamakan foton). Einstein berasa kagum, terjemahkan kertas kerja ini dari bahasa Inggeris ke Jerman dan menghantarnya bagi pihak Bose ke Zeitschrift für Physik yang menerbitkannya. (Manuskrip Einstein yang dahulunya dipercayai hilang telah ditemui di perpustakaan Universiti Leiden pada tahun 2005.^[2]). Einstein kemudiannya melanjutkan idea Bose kepada zarah-zarah bahan (iaitu jirim) dalam dua kertas kerjanya.^[3] Hasil usaha Bose dan Einstein ialah konsep gas Bose, dikuasai oleh statistik Bose-Einstein, yang menjelaskan penyebaran statistik zarah-zarah serupa dengan spin integer, kini dikenali sebagai boson. Zarah-zarah boson, seperti foton dan atom-atom seperti helium-4 (⁴He), dibenarkan berkongsi keadaan kuantum antara satu sama lain. Einstein telah menunjukkan bahawa dengan menyejukkan atom-atom boson pada suhu yang sangat rendah, atom-atom itu akan jatuh (atau "memeluwap") ke keadaan kuantum paling rendah boleh dicapai, menghasilkan bentuk jirim yang baru.

Pada tahun 1938, Fritz London telah mencadangkan bahawa BEC ialah mekanisma bagi kebendaliran lampau dalam ⁴He dan pengaliran lampau.^[4][5]

Pada tahun 1995, bahan pemeluwapan bergas pertama telah dihasilkan oleh Eric Cornell dan Carl Wieman di makmal NIST-JILA University of Colorado Boulder, menggunakan gas atom-atom rubidium yang disejukkan ke suhu 170 nanokelvin (nK) ^[6] (1.7 × 10^-7 K). Oleh kerana kejayaan mereka, Cornell, Weiman dan Wolfgang Ketterle di MIT menerima Hadiah Nobel dalam Fizik 2001.^[7] Pada November 2010, foton BEC pertama telah diperhatikan.^[8]

Peralihan ke BEC berlaku di bawah suhu kritikal, di mana untuk gas seragam tiga dimensi yang terdiri daripada zarah-zarah tidak berinteraksi tanpa sebarang darjah kebebasan dalaman tampak suhunya dinyatakan oleh:

${\displaystyle T_{c}=\left({\frac {n}{\zeta (3/2)}}\right)^{2/3}{\frac {2\pi \hbar ^{2}}{mk_{B}}}\approx 3.3125\ {\frac {\hbar ^{2}n^{2/3}}{mk_{B}}}}$

di mana:

${\displaystyle \,T_{c}}$	ialah	suhu kritikal,
${\displaystyle \,n}$	ialah	kepadatan zarah,
${\displaystyle \,m}$	ialah	jisim setiap boson,
${\displaystyle \hbar }$	ialah	pemalar Planck dikurangkan,
${\displaystyle \,k_{B}}$	ialah	pemalar Boltzmann, dan
${\displaystyle \,\zeta }$	ialah	fungsi zeta Riemann; ${\displaystyle \,\zeta (3/2)\approx 2.6124.}$ (jujukan A078434 dalam OEIS)