Que es el condensado de bose einstein

En junio de 2020 científicos del la Estación lugar Internacional ellos han conseguido sintetizar el condensado ese Bose-Einstein, se llama quinto estado después agregación del la materia, en hacha de microgravedad.

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no Relacionado no este hito, alcanza gracias al carrera de la NASA y ns Instituto del Tecnología después California (Estados Unidos), va a cambiar la forma dentro de la que vemos los universo. Bose y Einstein tenían razón.

Sólido, líquido y gaseoso no son los únicos estados del agregación del la materia. Incluso existe los estado plasmático o de gas ionizado qué cuarto estado. E incluso hay otros como el condensado del Bose-Einstein, ns condensado después Fermi, el supersólido y el plasma quarks-gluones. Si cuales los conocemos es porque cuales se producen después forma natural dentro nuestro entorno.

¿Qué denominaciones el condensado del Bose-Einstein?

El condensado del Bose-Einstein (BEC) eliminar un estado de agregación del la materia formación por bosones superenfriados cerca al cero absoluto, en el cual buena parte después ellos ocupan los estado cuántico más bajo posible. Por descontado, esto plantea mucho preguntas para ese legos que deben resolverse para lo entiendes mínimamente el concepto, porque es complejo.

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¿Qué es un bosón?

El bosón eliminar uno del los dual tipos básicos de partículas elementales (la es diferente son ese fermiones). Así, un fotón denominada un tipo ese bosón, qué también lo es un gluón, lo son der bosones W y Z, lo denominaciones el bosón del Higgs y quizá el gravitón (este últimas es aún hipotético). Podemos pensar en ellos qué ‘partículas’ si nosotros es qué es más fácil.

¿Qué eliminar el cero absoluto?

Es la temperatura mínima los puede agarrar un objeto dentro nuestro universo, regalo inalcanzable dentro la práctica. Se encuentra dentro de −273,15°C (grados centígrados) o 0 K (grados Kelvin). Por debajo ese esa energía alguna hay nada causada la temperatura denominaciones una simplificación después la velocidad ese una partícula y alguno existen velocidades negativas. Alguna se pueden estar más quieto los cero.

En dinámica cuántica se le contar también energía residual o energía de punto cero. La son de ‘condensado’ hace referencia al enfriamiento de la materia hueso para logrado estas temperaturas cercanas al cero, qué cuando la usamos dentro de la condensación del gases en líquidos o la condensación de gases dentro sólidos.

¿Qué denominada un sido cuántico?

Se trata ese una entidad completamente matemática ese proporciona una distribución del probabilidad para los resultados de cada factibilidad medición en un sistema. Sí, se trata después un idea muy complejo que precisa de herramientas matemáticas. Si al lector le resulta hasta luego fácil, puede opinar en ello qué la probabilidad ese que un conjunto de partículas presente ciertos valores dentro de los elementos que lo definen. La velocidad es uno de estos factores.

¿Por qué es importante ns condensado del Bose-Einstein?

Todas ns partículas son demasiado ondas o, dicho ese otra forma, todas los partículas tienen laa onda asociada. Esto lo sabemos ahora, aunque las primeras observación las logrado Louis-Victor del Broglie en mil novecientos veinticuatro (veremos que fue un año importante a ~ la ciencia). Pero, ¿qué implica ~ ~ dualidad onda-partícula? Y qué es más importante, ¿qué significa este gráfico ese está en todas partes?

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A temperatura ‘normales’, como 0ºC o 25ºC, la onda conectado con a las partículas eliminar muy pequeña, y correcto tenemos uno gas ese bosones ns tamaño después las ondas después cada una después estas partículas sería menor ese la calle entre ellas. Denominaciones decir, las ondas alguno se solapan. Cada partícula, alcanzan su onda, ocupa la a región del espacio, lo es separadas y las partículas cuales interactúan todos sí.

Además, cada partícula combinación un comportamiento individual. Eso es precisamente lo los visualizamos un la derecha del gráfico ese arriba: partículas separadas. Pero a medida que reducimos la temperatura ese sistema ocurre que la longitud después onda alianza a cada partícula aumenta.

En los proximidades de cero absolutamente llegan un solaparse, y aquí llega lo interesante: empiezan a interaccionar adelante sí, interfiriéndose y formación una onda conjunta. Esta lo vemos en el centrar y concretamente a la debiera ser en la gráfica ese arriba.

Recapitulando, vía si nos hemos perdido: a la medida que hacia abajo la temperatura y ese bosones en gas ocurrir a dar forma un condensado de Bose-Einstein, los bosones comienzo a comportarse qué una partícula con una sólo uno función de onda compartida. Ns partículas dejando de ser elementos separados y trabajan como un único átomo o ‘superátomo’. Es, simplemente, desconcertante.

Esto da lugar a un acción de la materia en el ese este ‘superátomo’ presenta propiedades cuánticas que son visibles a gran escala, lo cual es completa revolucionario. Para lo entiendes el distancia del descubrimiento, imaginemos que ese seres humanos alguna supiesen lo que denominaciones el estado gaseoso. Al descubrirlo, las solicitud tecnológicas abrirían ns nuevo aeroespacial de posibilidades.

NO PODEMOS obtener AL CERO ABSOLUTO

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Al capital que ocurre alcanzan la velocidad ese la luz, relámpago que acabó podríamos alcanzar usando infinita energética (que evidentemente alguno tenemos), el cero absoluta es una temperatura un la que solo podríamos obtener usando una cantidad infinita después energía. Sabemos que alguna podemos llegar a der −273,15ºC, todavía lo que consiguió podemos hacer es quedarnos cerca.

Uno ese los mayores un paso importante ocurrió dentro 2014, cuando científicos del CUORE (Cryogenic underground Observatory for rarely Events) tuvieron enfriar un metro cúbico uno 0,006 K durante 15 días seguidos dentro el Laboratori Nazionali de Gran Sasso (Italia). Varios año después, en 2017, se fabricó el Cold Atom Laboratory (CAL), y en 2018 fue expulsado a la Estación lugar Internacional.

En junio de dos mil veinte se publicaba en la revista Nature el artículo ‘Observación ese condensados del Bose-Einstein dentro de un laboratorio del investigación en órbita terrestre’. Dentro la Estación espacial Internacional, muchas gracias a la y baja gravedad, es qué es más fácil no solamente sintetizar esta estado del la materia, de lo contrario conservarlo durante qué es más tiempo. El condensado es además estable. Hemos verdad historia.

¿por cual se le llama ‘de Bose-Einstein’?

Todo empezó cuando en 1924 el físico hindú Satyendra Nath Bose publicó el elementos ‘Planck’s Law and Hypothesis of light Quanta’ (‘La actuar de Planck y la hipótesis la hipótesis cuántica de la luz’). Bose llevaba desde 1921 siendo profesor dentro de la entonces nueva comprar de Dacca (Bangladés) tras tener pasado cinco año en ns departamento después física del la comrcialmente de Calcuta (India), y tuve ideas perfecto innovadoras acerca el acción del universo.

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Ideas que, por descontado, son ignoradas e consistía en discutidas en tono pequeña conciliador por sus colegas. Todavía recordemos ese aquellos año se vivió a auténtico auge de la física teórica. Albert Einstein había publicado en 1915 la teoría ese la Relatividad General, y fue precisamente a Einstein a oms Bose pidió ayuda en laa carta. Primero, para saber su opinión, y segundo, hacía traducirla al alemanes (el idioma después la ciencia de aquel entonces).

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Einstein no solo encontró el artículo acertado, sino los se dio cuenta enseguida del que Bose lo dio dado alcanzar algo que aportaba mucha información acerca el universo. Tradujo los paper al alemán, atribuyendo toda la autoría a su colega indio, aun siguieron laboral juntos dentro de lo los hoy se conoce como estadística del Bose-Einstein.

Este paisaje abría los puertas, no solamente a laa nueva afiliado de la ciencia, que no a futuribles solicitud prácticas al entender el acción del estado del la dique a temperaturas próximas al cero absoluto. A esta nivel, ese bosones (llamados de este modo por pablo Dirac en honor ns Bose) confirman ns estado del la objeto conocido como condensado ese Bose-Einstein.

Así fue qué se consiguió el primero condensado

Pero todavía habrían de pasar muchas año decente para ese la tecnología nosotros permitiese emitir este condensado. Era en mil novecientos noventa y cinco cuando los por ahora nobeles Eric Cornell y cuchillo Wieman usaron a método después enfriamiento por láser (hasta mil novecientos sesenta el láser cuales existía), logrando con una temperatura después una millonésima de Kelvin por acerca del cero absoluto.

Esto era un hitos científico inmenso. También qué bastante confuso. ¿Enfriar usando un láser? Sí, sí se lo hace bien, gracias a uno proceso cuántico denominado ‘resonancia’ y a otro ~ ‘evaporación magnética’.

Así se enfría a gas usando uno láser

Lo los Cornell y Wieman hicieron fue partir después un gas de hacia abajo densidad formado únicamente de átomos ese rubidio. Más tarde bombardearon esta átomos con un láser ese energía estaba perfectamente sintonizada alcanzar el gas. Si uno de estos átomos ese rubidio era alcanzado por ns láser, se excitaba al llegar un fotón (ganaba energía).

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Pero acá está el ingenioso truco: al poco tiempo, el átomo excitado después rubidio bajaba levemente su energía devolviendo ns fotón, y este era ligeramente qué es más energético que los que lo dio recibido de láser. A nivel macroscópico sería como lanzar la a pelota anti una pared y que, al rebotar, lo hiciese ganando mandaron y ‘descargando’ la pared. Eliminar a esta a lo los llamamos ‘resonancia’. Al iteración la operación, la nube después átomos iban perdiendo energía.

Enfriar ns gas restando átomos energéticos

Una vez reducido la temperatura después gas uno 0,001 K, lo que se hace denominaciones extraer aquellos átomos los tienen más energía. Esta se lo hace trabajando con la jaula magnética donde se tiene capturado el gas, y pequeña a poco los átomos más energéticos acaban de evaporarse.

Dado que la temperatura después gas denominaciones en realidad la media de la energía de mismo, al aclarar los átomos más energéticos vamos reduciendo la temperatura después total. Ya hemos alcanzado los nanoKelvin.

¿Qué han lograr en la ISS dentro de materia ese condensado?

Utilizando están técnicas dentro microgravedad y ns Cold Atom Laboratory obtención posible condensar bosones en varias ocasiones. Dentro de el aprendiendo publicado vía David C. Aveline et al. Se puede mirar gráficamente qué es lo los se ha logrado. Nada menos que alcanzar los 130 nK de temperatura media o, lo que denominada lo mismo 0,00000013 K, durante veintidos milisegundos antes de que fallase el encerramiento magnético. En la tierra este falla consistía en antes.

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Puede parecer pequeña tiempo, todavía es ns suficiente como para observar de qué forma la agrupación ese bosones del experimento quise formando una única persona legal macro a hacer cuántico. Del los 49.000 átomos después rubidio, cerrar del 26% lograron condensar y alcanzar una temperatura de 17 nK. Se ha batido un récord.

Y he acá una después las respuestas además bonitas del la naturaleza: el amplio del mía observado denominada una representante gráfica después Principio después Indeterminación ese Heisenberg. Dado que magnitudes físicas como posición y velocidad solamente pueden conocerse alcanzar precisión arbitraria, ns pico combinación un grosor. De no existir este principio, veríamos una punta mucho además esbelta.

¿Sirve de algo investigar toda esto?

Experimentos centenarios, el uso ese la Estación espacial Internacional, la fabricación del Cold Atom Laboratory, docenas de científicos leyendo observaciones. Resulta evidente que el gastos de ejecuta estos experimentos denominaciones muy elevado. De por ahí que podamos creer si es proveído de algo más o cuales utilidad tiene.

Como ya adelantábamos antes al comparable el condensado ese Bose-Einstein alcanzar redescubrir el estado gaseoso (y todas sus aplicaciones), las aplicaciones de este condensado son simplemente inabarcables hacía nuestro estado de arte. Alguna las podemos imaginar todas. Todavía una del ellas podría ser la detección después ondas gravitacionales mediante otra formas que cuales sean der detectores LIGO.

También quizás servir como método hacia fabricar nanoestructuras al contar alcanzan un gas coherente (mismo estado cuántico o mismo nivel ese excitación). Otra aplicación sería la creación de relojes atómicos muchísimo más precisos, de este modo como la abrió a técnicas como la superfluidez o superconductividad.

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Este experimento denominaciones tan relevante como haber descubierto las propiedades electrónicas después los carril que dado lugar a la tecnologías de la información o la radiación del fondo después microondas, esta radiación del aeroespacial que deja al vacío a 2,725 K por encima del cero absoluto. Algo más así se estudiará dentro de las escuelas.

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Imágenes | Norbert Kowalczyk, MissMJ, NIST/JILA/CU-Boulder, NASA, Satyendra Nath Bose, Albert Einstein, iStock/Михаил Руденко, Aveline et al