Dalam laporan yang diterbitkan baru-baru ini, pasukan Will Lab Columbia University melaporkan kejayaan dalam melintasi ambang BEC dan penciptaan kondensat Bose-Eienstein (BEC) molekul NaCs pada suhu ultrasejuk 5 nanoKelvin (= 5 X 10-9 Kelvin). Kondensat kuantum molekul adalah stabil dengan jangka hayat kira-kira 2 saat. Ini menamatkan usaha mengejar BEC molekul selama beberapa dekad. Ini adalah pencapaian yang luar biasa dan pencapaian dalam sains.
Umum mengetahui bahawa jirim akan berada dalam salah satu daripada tiga keadaan iaitu. pepejal, cecair atau gas bergantung kepada keadaan luaran seperti suhu dan tekanan. Sebagai contoh, H2O didapati sebagai ais, air atau wap dalam keadaan luar biasa.
Apabila suhu melebihi 6000–10,000 Kelvin, jirim akan terion dan bertukar menjadi plasma, jirim keadaan keempat.
Apakah keadaan jirim jika suhu sangat rendah menghampiri sifar mutlak?
Pada 1924-25, Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein membuat ramalan teori bahawa jika Higgs zarah (iaitu entiti dengan nilai putaran integer) disejukkan kepada suhu ultra-rendah menghampiri sifar mutlak, zarah akan bergabung menjadi satu entiti yang lebih besar dengan sifat dan tingkah laku dikongsi yang dikawal oleh undang-undang mekanik kuantum. Dipanggil Bose-Einstein condensate (BEC), keadaan ini dianggap sebagai keadaan jirim kelima.
| Keadaan jirim | Julat suhu kewujudan |
| Plasma | melebihi 6000–10,000K |
| Gas | Untuk air, melebihi 100°C pada tekanan atmosfera biasa |
| Cecair | Untuk air, antara 4°C hingga 100°C |
| Pepejal | Untuk air, di bawah, 0°C |
| Kondensat Bose-Eisenstein (BEC) | Hampir sifar mutlak Kira-kira 400 nanoKelkin untuk boson atom Kira-kira 5 nanokelvin untuk molekul BCE {1 nanoKelvin (nK) = 10 -9 Kelvin} Sifar mutlak = 0 kelvin = -273°C |
Ramalan teori kondensat Bose-Einstein (BEC), keadaan jirim kelima menjadi kenyataan hampir tujuh dekad kemudian pada tahun 1995 apabila Eric Cornell dan Carl Wieman mencipta BEC pertama dalam gas atom rubidium, dan tidak lama selepas itu, Wolfgang Ketterle menghasilkan BEC dalam gas atom natrium. Ketiga-tiga mereka telah dianugerahkan bersama Hadiah Nobel dalam Fizik 2001″untuk pencapaian pemeluwapan Bose-Einstein dalam gas cair atom alkali, dan untuk kajian asas awal sifat pemeluwapan".
Garis masa kemajuan dalam sains keadaan jirim kelima
| pencapaian |
| 1924-25: Ramalan teori keadaan jirim kelima. Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein membuat ramalan teori bahawa sekumpulan zarah boson yang disejukkan kepada sifar mutlak hampir akan bergabung menjadi satu entiti super yang lebih besar dengan sifat dan tingkah laku dikongsi yang ditentukan oleh undang-undang mekanik kuantum. |
| 1995: Penemuan keadaan jirim kelima - BEC atom pertama dicipta. Ramalan teori Bose dan Einstein menjadi kenyataan selepas 70 tahun apabila Eric Cornell dan Carl Wieman mencipta BEC pertama dalam gas atom rubidium, dan tidak lama selepas itu, Wolfgang Ketterle menghasilkan BEC dalam gas atom natrium. |
| BCE Molekul Mengejar BCE molekul yang memerlukan penyejukan ultra dalam nanoKelvin (10-9 Kelvin) pelbagai |
| 2008: Deborah Jin dan Jun Ye menyejukkan gas molekul kalium-rubidium kepada kira-kira 350 nanoKelvin. |
| 2023: Ian Stevenson et al mencipta gas ultrasejuk pertama molekul natrium-cesium (Na-Cs) pada suhu 300 nanoKelvin (nK) menggunakan gabungan penyejukan laser dan manipulasi magnet. |
| 2023: Niccolò Bigagli et al menggunakan gelombang mikro untuk memanjangkan jangka hayat gas boson molekul natrium-cesium daripada beberapa milisaat kepada lebih satu saat, langkah pertama yang kritikal untuk menyejukkannya. Dengan sampel tahan lama mereka, mereka menurunkan suhu kepada 36 nanoKelvin—hanya kurang daripada suhu yang diperlukan untuk molekul membentuk BEC. |
| 2024: Niccolò Bigagli et al mencipta BEC boson molekul (molekul NaCs) pada suhu ultrasejuk 5 nanoKelvin (nK) |
Sejak penemuan pada tahun 1995, makmal di seluruh dunia dan di Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) secara rutin membuat BEC atom daripada pelbagai jenis atom.
Molekul Kondensat Bose-Einstein (BEC)
Atom adalah mudah, jenis entiti bulat tanpa interaksi kutub. Oleh itu, penyelidik sentiasa berfikir untuk mencipta kondensat Bose-Einstein (BEC) daripada molekul. Tetapi, mencipta BEC walaupun molekul ringkas yang diperbuat daripada dua atom unsur berbeza tidak dapat dilakukan kerana kekurangan teknologi untuk menyejukkan molekul kepada beberapa nanoKelvin (nK) yang diperlukan untuk pembentukan BEC molekul.
Penyelidik di Will Lab of Columbia University secara konsisten berusaha ke arah membangunkan teknologi ultracold. Pada tahun 2008, mereka dapat menyejukkan gas molekul kalium-rubidium kepada kira-kira 350 nanoKelvin. Ia membantu dalam melaksanakan simulasi kuantum dan dalam mengkaji perlanggaran molekul dan kimia kuantum tetapi tidak dapat melepasi ambang BEC. Tahun lepas pada 2023, mereka menggunakan gelombang mikro untuk memanjangkan jangka hayat gas boson molekul natrium-cesium dan mampu mencapai suhu yang lebih rendah iaitu 36 nanoKelvin yang lebih hampir kepada ambang BEC.
Dalam laporan yang diterbitkan baru-baru ini, pasukan Will Lab Columbia University melaporkan kejayaan dalam melintasi ambang BEC dan penciptaan kondensat Bose-Eienstein (BEC) molekul NaCs pada suhu ultrasejuk 5 nanoKelvin (= 5 X 10-9 Kelvin). Kondensat kuantum molekul adalah stabil dengan jangka hayat kira-kira 2 saat. Ini menamatkan usaha mengejar BEC molekul selama beberapa dekad. Ini adalah pencapaian yang luar biasa dan pencapaian dalam sains.
Penciptaan pemeluwapan Bose-Einstein molekul (BES) akan mempunyai kaitan jangka panjang untuk penyelidikan dalam fizik kuantum asas, simulasi kuantum, superfluiditi dan superkonduktiviti serta inovasi teknologi baharu seperti komputer kuantum jenis baharu.
***
Rujukan:
- Bigagli, N., Yuan, W., Zhang, S. et al. Pemerhatian pemeluwapan Bose–Einstein bagi molekul dipolar. Alam Semulajadi (2024). 03 Jun 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z Versi pracetak di arXiv https://arxiv.org/pdf/2312.10965
- Columbia University 2024. Berita penyelidikan – Makmal Paling Sejuk di New York Mempunyai Tawaran Kuantum Baharu. Dihantar pada 03 Jun 2024. Boleh didapati di https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering
- Akademi Sains Diraja Sweden. Maklumat lanjutan mengenai Hadiah Nobel dalam Fizik 2001 – Pemeluwapan Bose-Einstein dalam Gas Alkali. Boleh didapati di https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf
- NASA. Keadaan Jirim Kelima. Boleh didapati di https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/the-fifth-state-of-matter/
***
