物性物理学
ボース＝アインシュタイン凝縮の理論
一様な理想ボース気体を臨界温度 以下に冷やし、凝縮割合が に従って増えることを確かめます。
器具
- 3D キャンバス：凝縮割合曲線と量子状態の占有率
- スライダー「温度」(T)
- スライダー「密度／周波数」（密度またはトラップ周波数）
- スライダー「状態数」と「運動一時停止」ボタン
手順
T_c まで冷やす
より上から始めて温度スライダーを下げます。 より上では基底状態割合 はほぼ 0、 ちょうどで基底状態が巨視的に占められ始めます。曲線が 0 から立ち上がる位置と表示される を読み取りましょう。
べき法則を確認する
さらに冷やし、 以下の二つの温度（例： と ）で を読みます。（約 0.65 と 0.28）と照合し、占有図で基底状態の棒が対応して伸びるのを確認します。
密度とトラップを変える
密度／周波数スライダーを動かし の移動を見ます。密度が高いほど高温で凝縮し、 です。次に状態数を変え、このモデルが一様性・無相互作用・熱力学極限などのどの理想化を保ち、どれを捨てるか述べましょう。
シミュレーション
実験の歴史
1924年、サティエンドラ・ナート・ボースは光子を区別できない粒子として数えるプランクの放射則の導出をアインシュタインに送りました。アインシュタインは論文を翻訳し、この統計を質量のある粒子へ拡張して、1925年にボース粒子の理想気体が臨界温度以下で基底状態に蓄積する — ボース–アインシュタイン凝縮 — と予言しました。
この予言は冷凍技術を待って70年かかりました。1995年、エリック・コーネルとカール・ワイマンが 170 nK 未満に冷却したルビジウム87蒸気で凝縮体を作り、ヴォルフガング・ケタレーがナトリウムで続きました — 2001年のノーベル賞。実際の凝縮体は相互作用するため、厳密な閾値と割合はここに示す理想気体曲線とは異なります。