日本大百科全書(ニッポニカ) の解説
ボース‐アインシュタイン凝縮
ぼーすあいんしゅたいんぎょうしゅく
Bose-Einstein condensation
粒子がボース‐アインシュタイン統計に従うとき、エネルギーεをもつ粒子数の平均値はボース分布関数
f(ε)＝1/[e(ε-μ)/kT-1]
で与えられる。kはボルツマン定数、μは化学ポテンシャルである。ボース粒子の理想気体で温度を下げると、系の次元や密度によっては有限の温度T0以下でμが0になることがある。この場合、T0以下の温度で最低エネルギー(ε＝0)の状態の粒子数は限りなく大きくなりうるので、莫大(ばくだい)な数の粒子がε＝0の状態に「落ち込む」ようになる。これをボース‐アインシュタイン凝縮という。1925年にアインシュタインが、量子集団がもつこの奇妙な性質に気づいた。
電子、陽子、中性子などの素粒子はフェルミ粒子であるが、それらが偶数個集まってできた原子はボース粒子とみなすことができる。たとえばヘリウム4の原子は、原子核に陽子と中性子が2個ずつ、その周りに2個の電子が存在するので、総計6個のフェルミ粒子があり、全体としてボース粒子としてふるまう。液体ヘリウム4は、絶対温度2.17K以下の温度において超流動となる。実際には、液体ヘリウム4には相互作用があってボース粒子の理想気体ではないが、この超流動現象はボース‐アインシュタイン凝縮の例であるといえる。
1995年、コロラド大学のC・E・ワイマンらのグループは、レーザーを用いた巧妙な方法でルビジウム原子を絶対零度まであと1億分の2℃という極低温にまで冷却し、ボース‐アインシュタイン凝縮の観測に成功した。凝縮相にある原子気体は、これまでにはなかった新しい物質相であり、精力的に研究が続けられている。
［小形正男］
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