БО́ЗЕ – ЭЙНШТЕ́ЙНА КОНДЕНСА́ЦИЯ

БО́ЗЕ – ЭЙНШТЕ́ЙНА КОНДЕНСА́ЦИЯ (бо­зе-кон­ден­са­ция), кван­то­вое яв­ле­ние, со­стоя­щее в том, что в сис­те­ме из боль­шо­го чис­ла час­тиц, под­чи­няю­щих­ся Бо­зе – Эйн­штей­на ста­ти­сти­ке (бо­зе-газ или бо­зе-жид­кость), при темп-рах ни­же вы­ро­ж­де­ния тем­пе­ра­ту­ры ко­неч­ная до­ля всех час­тиц сис­те­мы ока­зы­ва­ет­ся в со­стоя­ни­ях с ну­ле­вым им­пуль­сом. Тер­мин «Б. – Э. к.» воз­ник по ана­ло­гии с по­ня­ти­ем кон­ден­са­ции га­за в жид­кость, хо­тя эти яв­ле­ния со­вер­шен­но раз­лич­ны, т. к. Б. – Э. к. про­ис­хо­дит в про­стран­ст­ве им­пуль­сов, а рас­пре­де­ле­ние час­тиц в ко­ор­ди­нат­ном про­стран­ст­ве не ме­ня­ет­ся. Тео­рия Б. – Э. к. по­строе­на А. Эйн­штей­ном в 1925 и раз­ви­та Ф. Лон­до­ном в 1938.

По­сколь­ку Б. – Э. к. про­ис­хо­дит да­же в иде­аль­ном бо­зе-га­зе, её при­чи­ной яв­ля­ют­ся не взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду час­ти­ца­ми, а свой­ст­ва сим­мет­рии вол­но­вой функ­ции, опи­сы­ваю­щей си­сте­му час­тиц. Для иде­аль­но­го бо­зе-га­за из Бо­зе – Эйн­штей­на рас­пре­де­ле­ния по им­пуль­сам $\boldsymbol p$ сле­ду­ет, что в ниж­нем энер­ге­ти­чес­ком со­стоя­нии с $\boldsymbol p = 0$ при темп-ре $T$ на­хо­дит­ся $N_0 = [exp(–μ/kT) - 1]^{–1}$ час­тиц ($μ$ – хи­мический по­тен­ци­ал, $k$ – по­сто­ян­ная Больц­ма­на). Ни­же темп-ры вы­ро­ж­де­ния $T_0$ в кон­ден­са­те на­хо­дит­ся $N_0 = N[1 - (T/T_0)^{3/2}]$ час­тиц (где $N$ – пол­ное чис­ло час­тиц), а ос­таль­ные под­чи­ня­ют­ся рас­пре­де­ле­нию Бо­зе – Эйн­штей­на с $μ = 0$. При $T = 0$ все час­ти­цы иде­аль­но­го бо­зе-га­за на­хо­дят­ся в кон­ден­са­те.

В не­иде­аль­ном га­зе яв­ле­ние Б. – Э. к. со­хра­ня­ет­ся, но меж­час­тич­ное взаи­мо­дей­ст­вие су­ще­ст­вен­но сни­жа­ет чис­ло час­тиц в кон­ден­са­те, так что да­же при $T = 0$ зна­чи­т. чис­ло час­тиц ос­та­ётся в со­стоя­ни­ях с не­ну­ле­вы­ми им­пуль­са­ми.

Для по­дав­ляю­ще­го боль­шин­ст­ва га­зов темп-ра вы­ро­ж­де­ния очень ма­ла, и ве­ще­ст­во пе­ре­хо­дит в твёр­дое со­стоя­ние го­раз­до рань­ше, чем мо­жет на­сту­пить Б. – Э. к. Ис­клю­че­ние со­став­ля­ет ге­лий, ко­то­рый в нор­маль­ных ус­ло­ви­ях при $T = 4,2$ К пе­ре­хо­дит в жид­кое со­стоя­ние и ос­та­ёт­ся жид­ко­стью вплоть до са­мых близ­ких к аб­со­лют­но­му ну­лю тем­пе­ра­тур.

Сверх­про­во­ди­мость мож­но рас­смат­ри­вать как след­ст­вие Б. – Э. к. кор­ре­ли­ро­ван­ных ку­пе­ров­ских пар элек­тро­нов с про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ны­ми им­пуль­са­ми и спи­на­ми.

В 1990-х гг. Б. – Э. к. на­блю­да­лась в опы­тах с па­рá­ми ще­лоч­ных ме­тал­лов (ли­тия, це­зия и т. п.), ато­мы ко­то­рых пред­став­ля­ют со­бой бо­зо­ны (Э. Кор­нелл, В. Кет­тер­ле, К. Уай­ман; Но­бе­лев­ская пр., 2001), а в 2003 она осу­ще­ст­в­ле­на на «двой­ках» фер­мио­нов, ко­то­рые по­сред­ст­вом воз­дей­ст­вия внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля об­ра­зу­ют бо­зон.