【問題】有人知道玻色─愛因斯坦凝聚嗎

[可愛滴蜥蜴 10]

有人知道玻色─愛因斯坦凝聚嗎，這個蠻難懂的，維基上面的資料也很不完全，有人可以回答我嗎？我真的很想知道

[caseypie 10]

Bose-Einstein Condensation, 簡稱BEC

自然界的粒子可分成兩類:玻色子(boson)和費米子(fermion)

考慮某個物理系統,其中的粒子,根據量子力學,有各個不同的能階

(例如原子的1s2s2p...就是一些能階)

粒子會傾向往低能階跑(如同水往低處流)

但是平常溫度高時,熱擾動有時會讓粒子有足夠的動能跳到較高的能階

不過,當溫度很低時,熱擾動消失,於是粒子會全部跌落到系統允許的最低能量

對於費米子,由於包力不相容原理(讀過高二化學應該知道這是啥)

所以粒子會像倒水入杯時那樣,從低到高依序填滿能階,直到所有的粒子都有位置

但是,對於玻色子,就沒有任何限制

所以,會發生的事情是:所有的粒子全部跌到最低能階

大量的粒子產生"同調性",用量子力學的話來說,就是他們的波函數全部一樣

所有的粒子可以視為一個整體,而不再是個別的粒子

這個現象就是Bose-Einstein Condensation

[可愛滴蜥蜴 10]

哦哦，大概了解了，萬分的感謝

[夢境的行旅 10]

費米子和玻色子的部份我們可以瞭解。

但是為什麼玻色─愛因斯坦凝聚可以算是一種相變?

以及「凝聚」指的是

[caseypie 10]

相變的定義是物質的特性出現不連續的變化

而玻色子的對能量分佈函數隨溫度的變化就是如此:

當溫度越低,分佈在基態的粒子數就越多

當溫度僅僅是微量的從critical temperature的上方變動到下方時

極大量的粒子會掉落到基態

因為變化非常劇烈,所以可以看成是相變

至於為什麼變化劇烈?阿,對於固態物理而言,那是不能問的問題

關於凝聚

因為所有的粒子都在基態,它們的波函數全都一模一樣

就像是一堆沙子原本沙粒各有各的動向,之後卻被水黏在一起變成一顆沙球

一堆沙"凝聚"成一顆沙球,大概是這個意思