Materia condensada en un estado mental Bose-Einstein

El experimento que primero demostró la existencia de los condensados Bose-Enistein BEC se llevó a cabo por Carl Wieman, Eric Cornell, Michael Anderson y sus colaboradores. En él, un gas de rubidio 87 se enfrió en una trampa magento óptica, con láseres y campos magnéticos. Al ser enfriados hasta una centésismas de nanokelvins, los átomos perdieron su existencia propia y se comportaron colectivamente como un todo. Sus propiedades podían ser descritas por una sola función de onda macroscópica, como si se tratase de un gran átomo.

#ScienceMoment El 5 de junio de 1995 Eric Cornell y Carl Weiman produjeron y observaron en el laboratorio el primer condensado de Bose-Einstein, hasta entonce solo una posibilidad teórica surgida de la mente de Nath Bose y Albert Einstein

Este comportamiento colectivo, a las temperaturas más bajas logradas, de la materia fue predicho en los años veinte por Satyendra Nath Bose para fotones en sus estudios sobre la radiación del cuerpo negro y ampliado a la materia compuesta de bosones (partículas de espín entero) como los átomos, por Albert Einstein. Concibió que en un estado de mínima energía los fotones ocuparían el mismo estado basal y serían indistinguibles unos de otros, comportándose como una única partícula.

Cuatro meses después Ketterle con su grupo consiguió un condensado de sodio 23 con un tamaño con cientos de veces más átomos. Cerca de un año después, incluso con un numero mayor de átomos fueron capaces de formar dos condensados separados, cada uno definido por su función de onda. Al superponer estos condensados vieron las características bandas de interferencia resultantes de la interacción coherente mutua. Fue un predicción teórica que tardó 70 años en condensarse.

En la actualidad se han logrado BEC de hidrógeno, helio metaestable, y potasio. Incluso han llegado a producir el primo fermiónico de un BEC, con átomos fermionicos que llenan casi todos los estados de energía por debajo de la energía de Fermi.

Este experimento fundó un área muy fructífera y espectacular en cuanto a sus resultados en la frontera de la materia y la luz, siempre inquietantes.

Incluso se han logrado los BEC de fotones, que fueron los primeros predichos, pero los más escurridizos experimentalmente. Para hacer la trampa a los fotones, siempre escapístas, hay que confinarlos entre espejos restringiendo su libertad de tal manera que se comporten como ‘átomos’ pero casi sin ‘masa’. No obstante, el proceso para forzar el condensado es totalmente diferente. No es por medio de la temperatura, sino añadiendo moléculas colorantes a la cavidad que absorban y reemitan los fotones que escapen, lo que ayuda a conseguir el equilibrio térmico. El bombeo de fotones en la cavidad provoca que no quepan más en este equilibrio y colapsen formando condensado. Los fotones añadidos sufren una transición cuántica y caen en un pozo de la misma energía mínima formando el BEC fotónico.

Igualmente, este otro experimento de 2010, incluso más fácil en cuanto a las condiciones, no se requieren las temperaturas más bajas del universo, puede traer nuevas novedades en la frontera de la luz y los átomos.  

Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, and Carl E. Wieman recibieron el premio Nobel de física de 2001 por “conseguir la condensación Bose-Einstein de gases diluidos de átomos alcalinos y por los primeros estudios fundamentales de las propiedades de los condenados”.

REFERENCIAS

Fermi Condensates (Experiments by M. Greiner, C. A. Regal and D. S. Jin in Boulder)

Fermionic transport and out-of-equilibrium dynamics in a homogeneous Hubbard model with ultracold atoms. Nature Physics volume8, pages213–218 (2012)Fermionic transport and out-of-equilibrium dynamics in a homogeneous Hubbard model with ultracold atoms.

The Discovery of Bose-Einstein Condensation: Confirmation After 70 Years

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