Конденсат, розкручений в еліпсоїдної пастці
Конденсат Бозе-Ейнштейна (КБЕ) названий так по імені індійського фізика Шатьендраната Бозе, на основі робіт якого Альберт Ейнштейн 75 років тому передбачив можливість існування якогось газового конденсату, який має властивості окремого атома.
Зі шкільної лави всім відоме поняття "ідеального газу": при звичайних температурах газ складається з безлічі безладно рухаються атомів, які можна уявити собі у вигляді стикаються між собою і відлітають один від одного більярдних куль. При охолодженні ці "кулі" будуть сповільнюватися в своєму русі і відстань між ними буде скорочуватися, поки вони не будуть зігнані в одну щільну масу. Потім, при наближенні температури до абсолютного нуля, рух куль перейде в їх вібрацію, вони тисячократно збільшаться в розмірах і втратять свої суворі обриси - це вже будуть не кулі, а безформні "хмари", що проходять крізь один одного. Два самих повільних центральних хмари зіллються в одне і утворюють єдину еліпсоїдну сферу, яка потім поглине всі інші хмари. У підсумку перед нами постане одне велике хмара, в якому вже неможливо буде розрізнити окремі частини, але це хмара буде мати властивості частин, з яких воно утворилося.
Так виглядає модель освіти КБЕ, найхолоднішого газу у всесвіті. "Кулі" в цій моделі представляють корпускулярні функції атомів, а "хмари" - їх хвильові функції. Як відомо з квантової механіки, атоми володіють одночасно і тієї, і іншої функцією. При охолодженні газу рух частинок сповільнюється і корпускулярна функція атомів (визначальна їх просторове положення) втрачає своє значення, а хвильова функція (визначальна квантовий стан) - гранично зростає.
Всі елементарні частинки поділяються на ферміони і бозони. Ферміони, до яких відносяться електрони, протони і нейтрони, образно кажучи, страждають на клаустрофобію: два сусідніх фермиона не можуть перебувати в одному квантовому стані. Бозони, до яких відносяться фотони, при певних умовах з'єднуються в ідентичні квантові стану. Складні частки, такі як атоми, також є або фермионами, або бозонами. Атом виступає в якості бозона, коли він складається з парного числа ферміонів - електронів, протонів і нейтронів. Всі атоми певного речовини мають однакову хвилю, і це дозволяє бозонам "співати в унісон" в єдиному "хорі". Коли газ, що складається з атомів-бозонів, охолоджується до наднизьких температур, хвильові функції атомів накладаються одна на іншу, в результаті чого всі атоми акумулюються в одне квантовий стан.