تكاثف بوز- آينشتاين

    هو طور (حالة) من أطوار المادة في الكون والذي تتبرد فيه الذرات أو الجسيمات دون الذرية لدرجة حرارة قريبة جداً من درجة الصفر المطلق، بحيث تتشارك هذه الذرات أو الجسيمات حالةً كمومية واحدة، وتتكاثف جميعها لتشكل جسماً واحداً يعرف بـ "الذرة الفائقة Super atome"" والتي من المفترض أن يتم مشاهدتها على المستوى المرئي. وبما أن هذه الجسيمات تتشارك في حالة كمومية واحدة ضمن تكاثف بوز- إِينشتاين، فهذا يعني أن الباحثين يصعب عليهم مشاهدة الظواهر التي تصفها الفيزياء الكمومية على المستوى المرئي، ولا يمكن لهم مشاهدة الجسيمات دون ذرية، لذلك عَدَ العلماء فكرة أولية في أن

تكاثف بوز- إِنشتاين هو الطور الخامس من أطوار المادة يكون فيها الغاز مائع للغاية وبدرجة لزوجة صفرية، ومكون من بوزونات  Boson ويتم تبريده إلى درجة حرارة قريبة جداً من الصفر المطلق، قريبة جداً من

صفر كلفن^([1]) أو(-273,15 درجة مئوية).

تقترب درجة الحرارة من درجة الصفر المطلق تصير:-

أولاً. حركة الذرات بالنسبة لبعضها بعضاً شبه معدومة.

ثانياً. لا تمتلك الذرات أي طاقة.

ثالثاً. تبدأ الذرات في التجمع عند نقطة الصفر المطلق مع بعضها البعض.

رابعاً. تدخل في حالة الطاقية  واحدة (مستوى طاقي واحد).

خامساً. تصبح جميع الذرات متماثلة تماماً من وجهة النظر الفيزيائية.

سادساً. تسلك المجموعة الذرية سلوك ذرة واحدة.

سابعاً. تتشكل هذه الحالة الغازية عن طريق حفظ درجة حرارة الهيليوم إلى أدنى درجة حرارة ممكنة "وهي درجة تقارب الصفر المطلق"، تصل إلى مائة في الألف من كثافة الهواء العادي^([1])، وفي درجات حرارة منخفضة للغاية. وقد توقعت هذه الحالة لأول مرة بين عامي (1924-1925) م، من قبل ساتيندرا ناث بوز^([2]) والبرت أينشتاين.

ظواهر تكاثف بوز- أنشتاين

   يرتبط تكاثف بوز- آينشتاين بظاهرتين فيزيائتين تحدث بدرجات الحرارة    فائقة البرودة. والظاهرتان هما:-

الظاهرة الأولى- الميوعة الفائقة Super fluidity :   وهي الظاهرة التي يقوم فيها نظيري الهيليوم (He³, He⁴) بتشكيل سائل يستطيع التدفق من غير أي احتكاك عند هبوط درجة حرارتها إلى أدنى الدرجات.

الظاهرة الثانية- الموصيلية الفائقة  Super conductivity : تسمح هذه الظاهرة عند حدوثها بجريان الإلكترونات عبر المادة من غير أي مقاومة كهربائية لها، وفي مفهوم الجسيمات الدون ذرية يعد ذرات نظير الهيليوم He⁴ بوزونات ( له نواة تتألّف من بروتونين ونيوترونين اثنين)، هو النظير الطبيعي الأكثر وفرةً في الطبيعة وتبلغ  وفرته حوالي (99,99986% ) من عنصر الهيليوم في الطبيعة، وذرات نظير الهيليوم He³ فرميونات، ويعد هذا النظير نادر الوجود على الأرض، أذ أن الوفرة الطبيعية له تعادل 0,000137% من الهيليوم، إذ أن الهيليوم يوجد غالباً على الشكل هيليوم-4، يمتلك الهيليوم تسع نظائر.

والنظيران  (He³, He⁴) هما النظيران الوحيدان الذين يمتلكان حالة الأستقرار من بين نظائر الهيليوم. أما بقية النظائر المشعة فتكون قصيرة العمر، أطولها عمراً هو ⁶He أذ أن عمر النصف له يبلغ 806,7 ميلي ثانية، أقصرها أمداً فهو لنظير ⁵He وأن عمر النصف له يبلغ 7,6×10⁻²² ثانية. إلا أنها يمكن لها أن تصير بحالة تكاثف بوز- آينشتاين إذا جُعل كل زوج من ذرات He³ يمتلك قيماً متعاكسة للسًبينّ Spin(الدوران المغزلي).  وتصير القيمة الكلية للسّبين Spin مساوية للصفر، أي أن الزوج يُشبه شَبِيهاً بالبوزونات Boson، من حيث امتلاكه لقيمة موجبة صحيحة للسّبين (الدوران المغزلي). وفي عام 2003م، تمكنت "ديبورا جين" من استعمال أزواج الفرميونات من أجل تشكيل أول تكاثف فرميوني يتبع لحالة تكاثف.

العنوان مقطفات من كتابي فيزياء الجسيمات
الفصل الخامس أطوار المادة
مبحث في بنية الكون والجسيمات التحت ذرية
الفيزيائي عدنان العبد
 Particle physics
Chapter V phases of the article
An examination of the structure of the universe and subatomic particles
Physicist
Adnan Alabed

---

([1]) كثافة الهواء تعادل 1,2 كغم\م³ تقريباً.

([2]) ساتيندرا ناث بوز(Satyendra Nath Bose)، هو فيزيائي وعالم رياضيات هندي ولد ساتيندرا ناث بوز في 1 كانون الثاني - يناير من سنة 1894م، في مدينة كلكتا بالهند عمل بوز محاضرا بجامعة كلكتا في قسم الفيزياء ما بين عامي ( 1916 إلى عام 1921) م, وفي سنة 1921م، التحق ساتيندرا ناث بوز بجامعة دكا (في بنغلادش) التي تأسست حديثاً..

---

⁽[1]⁾ الكلفن : هو مقياس لدرجة نشاط الجزيئات في المادة، أي أنه عند درجة الصفر كلفن (الصفر المطلق) تتوقف حركة الجزيئات تماماً،هي وحدة أساسية في القياسات العلمية.

عندما تموت المادة بسبب انخفاض درجة الحرارة

ظواهر تكاثف بوز- أنشتاين

يرتبط تكاثف بوز- آينشتاين بظاهرتين فيزيائتين تحدث بدرجات الحرارة فائقة البرودة. والظاهرتان هما:-

الظاهرة الأولى- الميوعة الفائقة Super fluidity : وهي الظاهرة التي يقوم فيها نظيري الهيليوم (He3, He4) بتشكيل سائل يستطيع التدفق من غير أي احتكاك عند هبوط درجة حرارتها إلى أدنى الدرجات.

الظاهرة الثانية- الموصيلية الفائقة Super conductivity : تسمح هذه الظاهرة عند حدوثها بجريان الإلكترونات عبر المادة من غير أي مقاومة كهربائية لها، وفي مفهوم الجسيمات الدون ذرية يعد ذرات نظير الهيليوم He4 بوزونات ( له نواة تتألّف من بروتونين ونيوترونين اثنين)، هو النظير الطبيعي الأكثر وفرةً في الطبيعة وتبلغ وفرته حوالي (99,99986% ) من عنصر الهيليوم في الطبيعة، وذرات نظير الهيليوم He3 فرميونات، ويعد هذا النظير نادر الوجود على الأرض، أذ أن الوفرة الطبيعية له تعادل 0,000137% من الهيليوم، إذ أن الهيليوم يوجد غالباً على الشكل هيليوم-4، يمتلك الهيليوم تسع نظائر.

والنظيران (He3, He4) هما النظيران الوحيدان الذين يمتلكان حالة الأستقرار من بين نظائر الهيليوم. أما بقية النظائر المشعة فتكون قصيرة العمر، أطولها عمراً هو 6He أذ أن عمر النصف له يبلغ 806,7 ميلي ثانية، أقصرها أمداً فهو لنظير 5He وأن عمر النصف له يبلغ 7,6×10−22 ثانية. إلا أنها يمكن لها أن تصير بحالة تكاثف بوز- آينشتاين إذا جُعل كل زوج من ذرات He3 يمتلك قيماً متعاكسة للسًبينّ Spin(الدوران المغزلي). وتصير القيمة الكلية للسّبين Spin مساوية للصفر، أي أن الزوج يُشبه شَبِيهاً بالبوزونات Boson، من حيث امتلاكه لقيمة موجبة صحيحة للسّبين (الدوران المغزلي). وفي عام 2003م، تمكنت "ديبورا جين" من استعمال أزواج الفرميونات من أجل تشكيل أول تكاثف فرميوني يتبع لحالة تكاثف.