De los cinco estados en los que puede estar la materia, el condensado de Bose-Einstein es quizás el más misterioso. gases , líquidos , sólidos y plasmas todos fueron bien estudiados durante décadas, si no siglos; los condensados de Bose-Einstein no se crearon en el laboratorio hasta la década de 1990.
Un condensado de Bose-Einstein es un grupo de átomos enfriado dentro de un pelo de cero absoluto . Cuando alcanzan esa temperatura, los átomos apenas se mueven entre sí; casi no tienen energía libre para hacerlo. En ese punto, los átomos comienzan a agruparse y entran en los mismos estados de energía. Se vuelven idénticos,desde un punto de vista físico, y todo el grupo comienza a comportarse como si fuera un solo átomo.
Para hacer un condensado de Bose-Einstein, comienza con una nube de gas difuso. Muchos experimentos comienzan con átomos de rubidio . Luego lo enfrías con láseres, usando los rayos para quitar energía a los átomos. Después de eso, para enfriarlos más, los científicos usan enfriamiento por evaporación ". Con un [condensado de Bose-Einstein], comienzas desde un estado desordenado, donde la energía cinética es mayor que la energía potencial ", dijo Xuedong Hu, profesor de física en la Universidad de Buffalo." Lo enfrías, pero no forma una red como un sólido ".
En cambio, los átomos caen en los mismos estados cuánticos y no se pueden distinguir entre sí. En ese momento, los átomos comienzan a obedecer lo que se llama estadísticas de Bose-Einstein, que generalmente se aplican a partículas que no se pueden distinguir., como fotones.
Teoría y descubrimiento
Los condensados de Bose-Einstein fueron predichos teóricamente por primera vez por Satyendra Nath Bose 1894-1974, un físico indio que también descubrió la partícula subatómica que lleva su nombre, el bosón. Bose estaba trabajando en problemas estadísticos en mecánica cuántica y envió sus ideasa Albert Einstein. Einstein los consideró lo suficientemente importantes como para publicarlos. Y lo que es más importante, Einstein vio que las matemáticas de Bose, más tarde conocidas como estadísticas de Bose-Einstein, podían aplicarse tanto a los átomos como a la luz.
Lo que encontraron los dos fue que, por lo general, los átomos deben tener ciertas energías; de hecho, uno de los fundamentos de la mecánica cuántica es que la energía de un átomo u otra partícula subatómica no puede ser arbitraria. Por eso, los electrones, por ejemplo, tienen "orbitales" discretos que deben ocupar, y por qué emiten fotones de longitudes de onda específicas cuando caen de un orbital, o nivel de energía, a otro. Pero enfriar los átomos a una milmillonésima parte de un grado de cero absoluto y algunoslos átomos comienzan a caer en el mismo nivel de energía, volviéndose indistinguibles.
Es por eso que los átomos en un condensado de Bose-Einstein se comportan como "súper átomos". Cuando uno trata de medir dónde están, en lugar de ver átomos discretos, ve más una bola borrosa.
Todos los demás estados de la materia siguen el Principio de Exclusión de Pauli, llamado así por el físico Wolfgang Pauli. Pauli 1900-1958 fue un físico teórico suizo y estadounidense nacido en Austria y uno de los pioneros de la física cuántica.tipos de partículas que componen la materia - no pueden estar en estados cuánticos idénticos. Por eso, cuando dos electrones están en el mismo orbital, sus espines deben ser opuestos para que sumen cero. Esa a su vez es una de las razones por las que la químicafunciona como lo hace y una de las razones por las que los átomos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. Los condensados de Bose-Einstein rompen esa regla.
Aunque la teoría decía que tales estados de la materia deberían existir, no fue hasta 1995 que Eric A. Cornell y Carl E. Wieman, ambos del Joint Institute for Lab Astrophysics JILA en Boulder, Colorado, y Wolfgang Ketterle,del Instituto de Tecnología de Massachusetts, lograron hacer uno, por el que obtuvieron el Premio Nobel de Física en 2001.
En julio de 2018, un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional enfrió una nube de átomos de rubidio a una diez millonésima de grado por encima del cero absoluto. produciendo un condensado de Bose-Einstein en el espacio . El experimento ahora también tiene el récord del objeto más frío que conocemos en el espacio, aunque todavía no es lo más frío que la humanidad haya creado.