Condensado De Bose-einstein

Condensado de Bose-Einstein

En física, el condensado de Bose-Einstein es el estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental. El condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico. Debido al principio de exclusión de Pauli, sólo las partículas bosónicas pueden tener este estado de agregación: si las partículas que se han enfriado son fermiones, lo que se encuentra es un líquido de Fermi.

Primeros desarrollos

En la década de 1920, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein publican conjuntamente un artículo científico acerca de los fotones de luz y sus propiedades. Bose describe ciertas reglas para determinar si dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes. Esta se llama la Estadística de Bose. Einstein aplica estas reglas a los átomos preguntándose cómo se comportarían los átomos de un gas si se les aplicasen estas reglas. Así descubre los efectos que vienen del hecho de que a muy bajas temperaturas la mayoría de los átomos están al mismo estado cuántico, que sería el menos energético posible

Bose y Einstein predijeron teóricamente la existencia de un nuevo estado de agregación de la materia que se podía presentar en ciertos átomos a bajísimas temperaturas. En esas condiciones, un número de átomos similares aunque en estados diferentes entre sí pierden su identidad individual y se funden (condensan) en un “gran átomo”. En él, sus constituyentes son idénticos e indiferenciables, se mueven al unísono y manifiestan unas mismas propiedades físicas y comportamiento ante interacciones externas. A este grupo de átomos indistinguibles, que forma un nuevo estado de agregación de la materia, se le dio el nombre de condensado de Bose-Einstein.

Sin embargo tuvieron que pasar 71 años para que dichas predicciones se vieran reflejadas en la realidad. En 1995, gracias al gran desarrollo tecnológico de finales del siglo XX, un grupo de investigadores fue capaz de enfriar miles de átomos de rubidio a menos de una millonésima de grado sobre el cero absoluto y obtener dicho condensado, lo cual supuso la confirmación de las teorías de Bose-Einstein y una demostración más de que es posible acercar los fenómenos cuánticos de la teoría a la realidad práctica.

A la agrupación de partículas en ese nivel inferior se le llama Condensado de Bose-Einstein (BEC), porque la demostración está hecha de acuerdo con las ecuaciones de Einstein. Lo que seguramente no pudo imaginar es lo extraño que se vería una masa de materia con todos sus átomos en un solo nivel. Esto significa que todos los átomos son absolutamente iguales. No hay medida que pueda diferenciar uno de otro. Se trata de un estado de coherencia cuántica microscópico.

En 1983, un grupo dirigido por Steven Chu y Ashkin ideó un sistema por el cual enfriaban

átomos mediante haces de rayos láser, que se hacían incidir de manera que los impactos de los fotones ralentizaban los átomos. La cota de enfriamiento estaba determinada por la energía de un fotón. También se ayudó de la técnica del enfriamiento Doppler de átomos libres, idea original de Hànsch y Schawlow (1975). Paralelamente, el grupo de Phillips y el de Cohen-Tannoudji desarrollaron aparatos

que combinaban distintas técnicas (como la denominada “Sísifo”, o el enfriamiento por gradiente de polarización, además de las trampas ópticas y magnéticas (1986)) logrando enfriar cada vez más los átomos hasta pocos micro kelvin. En 1997, Steven Chu, Cohen-Tannoudji y William Phillips recibieron el premio Nobel de Física por sus investigaciones del enfriamiento mediante haces láser, aunque, paralelamente, las investigaciones de los científicos rusos Balykin y Letokhov en 1980 fueron también muy exitosas

El enfriamiento por láser de un átomo se basa en la presión o fuerza resultante del impacto de los fotones sobre éste. Se hace incidir seis haces de láser (color rojo) por cada una de las caras y se ajusta la frecuencia de manera que los átomos puedan absorber la radiación emitida y emitan a su vez otros fotones. Un átomo puede absorber y emitir muchos millones de fotones por segundo.

Cada vez que sucede esto, el átomo recibe (por la ley de conservación del momento) un pequeño impulso en la dirección por la que se movía el fotón absorbido. La causa de este fenómeno es la presión de la radiación.

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