Фазовые переходы второго рода и родственная нм бозе-эйнштейновская конденсация в газах

Сложные вопросы, обсуждаемые в этом разделе, пока не нашли адекватного освещения даже в научно-популярной литературе, не говоря уже о школьных и вузовских учебниках. Причинами этого являются новизна проблемы, а также крайняя сложность ее физической сущности и математического описания.

Проблема фазовых переходов может быть названа проблемой века (по крайней мере в области макрофизики), хотя физики работают над ее решением уже более 100 лет. Среди тех, кто внес решающий вклад в эту проблему, следует отметить Л. Д. Ландау, Э. Ферми и, конечно же, Кеннета Геддеса Вильсона (р. 1936) — Нобелевского лауреата по физике 1982 г.

В настоящее время наибольший интерес физики проявляют к критическим точкам, фазовым переходам второго рода и близким к ним. Здесь можно выделить два основных направления: общую теорию и анализ разнообразных конкретных, часто весьма специфических переходов. В последнее время созданы методы, позволяющие описывать поведение вещества вблизи критических точек и точек переходов второго рода. Все большее внимание привлекают к себе «экзотические» фазовые переходы: в атомарном водороде, в экситонной жидкости, в лафлиновской жидкости, переход в сверхтекучее состояние в молекулярном водороде, переходы в магнетиках, переходы в жидких и квантовых кристаллах, в сверхплотном веществе, например, в нейтронных звездах.

Особое внимание уделяется бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) в газах, в частности в атомарном водороде, находящемся в магнитном поле. Показателем интереса физиков к этому вопросу является присуждение Нобелевской премии за 2001 г. Эрику Корнеллу (р. 1961), Вольфгангу Кеттерле (р. 1957) и Карлу Биману (р. 1951) «за достижение конденсации Бозе-Эйнштейна в разреженных газах щелочных металлов и за начальные фундаментальные исследования свойств конденсатов».

Корнелл и Биман получили чистый конденсат из около 2000 атомов рубидия при температуре 20 нанокельвинов (т.е. 0,2 градуса выше абсолютного нуля!). Независимо от них Кеттерле осуществил соответствующие эксперименты с атомами натрия. Конденсат, который ему удалось получить, содержал большее количество атомов и мог использоваться для дальнейшего исследования этого явления. Используя два отдельных конденсата, которые имели возможность «расширяться» один в другой, он получил четкую интерференционную картину. Эксперимент показал, что поведение атомов в конденсате полностью согласовано. Кеттерле также получил маленькие «капли конденсата», падающие под действием силы тяжести. Это можно рассматривать как примитивный «лазерный луч», использующий вещество вместо света. Новый способ «контроля» за веществом с помощью этой технологии может найти широкое применение в прецизионных измерениях и нанотехнологиях.