物性物理学
ボース＝アインシュタイン統計
温度を下げたときの理想ボース気体のボーズ・アインシュタイン分布を調べます。基底状態への粒子の集積（ボーズ・アインシュタイン凝縮）を観察し、 と比較します。
器具
- エネルギーに対するボーズ・アインシュタイン分布のグラフ
- 3次元箱中の仮想ボソン気体
- 温度・密度/周波数・状態数のスライダー
手順
温度による分布の変化を観察
「温度」スライダーを高い値から下げ、図1の分布曲線と図2の粒子集団を追います。読み取り値を記録します。高温では分布は多くの準位に広がりますが、 を下げると に従って粒子は低エネルギー準位へ集中します。
密度と状態数を変える
低温のまま「密度／周波数」スライダー、次に「状態数」スライダーを上げて分布の変化を見ます。密度が高いと化学ポテンシャル は基底準位に近づきます。読み取り欄の凝縮条件と比較します。「動きを一時停止」で安定した値を読み取れます。
予測と検証
温度一定で密度を上げたとき凝縮の始まりがどう移るか予測し、シミュレーションで確かめます。分布がマクスウェル・ボルツマン分布に近づく高温・低密度極限 と比較します。
シミュレーション
実験の歴史
1924年、インドの物理学者サティエンドラ・ボースは、同一の光子を区別しない新しい状態数え方でプランク分布を導く論文をアインシュタインに送りました。アインシュタインは重要性を認め、論文をドイツ語に訳して発表させ、同じ数え方を原子気体に適用しました。温度が十分低いと巨視的な割合の粒子が最低エネルギー状態を占める——ボーズ・アインシュタイン凝縮——を予言しました。
70年後の1995年、JILAのエリック・コーネルとカール・ワイマンのグループがルビジウム87気体を約170ナノケルビンまで冷却し、初の凝縮体を作りました。ヴォルフガング・ケターレもナトリウムで同様の結果を得て、3人は2001年のノーベル物理学賞を受賞しました。今日、BECは超流動や量子シミュレーション研究の基盤です。