Piąty stan materii – obok cieczy, gazu, ciał stałych i plazmy – to kondensat Bosego-Einsteina. Powinniśmy się do niego przyzwyczaić, ponieważ ma fundamentalne znaczenie dla fizyki, a być może w przyszłości także dla naszej cywilizacji, opartej na komputerach i algorytmach uczenia maszynowego. Nie będzie to jednak łatwe, biorąc pod uwagę niezwykłe właściwości tego stanu materii.

– Ten stan jest szczególny, ponieważ w odpowiednich warunkach, przy właściwej gęstości i temperaturze, wszystkie cząstki obserwowane makroskopowo stają się nierozróżnialne i zachowują się kolektywnie jak jedna fala materii – wyjaśnia prof. Barbara Piętka, fizyczka z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, kierująca wspólnie z prof. Jackiem Szczytko grupą badawczą Exciton-Polariton Research Group, czyli zajmującą się badaniem polarytonów i ekscytonów (kwazicząstkek przygotowanych, „na bazie” elektronów). Zespół pracuje z kondensatem Bosego-Einsteina, badając jego potencjał w tworzeniu nowego typu sieci neuronowych.

Teoretyczna koncepcja istnienia tego szczególnego stanu materii pojawiła się już 100 lat temu. Do takich wniosków doszedł młody hinduski fizyk, Satyendra Nath Bose, który zwrócił się bezpośrednio do Einsteina (słynny jest list Bosego do wielkiego fizyka). Einstein zainteresował się obliczeniami młodszego kolegi i zaangażował się w prace teoretyczne.

Pierwsze kondensaty Bosego-Einsteina uzyskiwano w latach 90. XX wieku z ekstremalnie schłodzonych atomów. Aby jednak móc w praktyce korzystać z właściwości tego kondensatu, potrzebne było ich uzyskiwanie w temperaturach bliższych pokojowej. W tym celu zaczęto poszukiwać lżejszych cząstek… lub kwazicząstek, takich jak polarytony.

– Dziś jesteśmy na takim poziomie zaawansowania naukowego, że faktycznie możemy zobaczyć ten fundamentalny stan kwantowy – kondensat Bosego-Einsteina – pod mikroskopem, nawet już w temperaturze pokojowej – mówi prof. Piętka. Co ważne, polarytonowy kondensat Bosego-Einsteina emituje światło zbliżone do laserowego, co stanowi dużą wartość z perspektywy praktycznych zastosowań.

Z tego odcinka dowiecie się, czy kondensat Bosego-Einsteina, z jego kwantowymi właściwościami, można przygotować na tyle duży, aby był widoczny gołym okiem, oraz dlaczego fizycy i inżynierowie przez dekady byli tak zdeterminowani, by go uzyskać, mimo licznych niepowodzeń. Odkryjecie również, dlaczego tradycyjna elektronika zbliża się do kresu swoich możliwości i co może ją w przyszłości zastąpić. To solidny, treściwy odcinek, kluczowy dla zrozumienia nadchodzących technologii.