Estado condensado de bose-einstein

En junio de dos mil veinte científicos del la Estación lugar Internacional tuvieron sintetizar el condensado ese Bose-Einstein, se llama quinto estado de agregación después la materia, en condición de microgravedad.

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

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

¿Qué denominaciones el condensado después Bose-Einstein?

El condensado después Bose-Einstein (BEC) es un estado de agregación de la materia formación por bosones superenfriados cercanos al cero absoluto, dentro de el cual bien parte de ellos ocupan ns estado cuántico más debajo posible. Por descontado, esta plantea mucho preguntas para der legos que deben resolverse para lo entiendes mínimamente ns concepto, causada es complejo.

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¿Qué es un bosón?

El bosón denominada uno del los dual tipos básico de partículas elementales (la otra son los fermiones). Así, un fotón denominaciones un tipo ese bosón, qué también lo denominaciones un gluón, lo son los bosones W y Z, lo eliminar el bosón de Higgs y quizá el gravitón (este últimas es aún hipotético). Podemos creer en ellos como ‘partículas’ si nos es hasta luego fácil.

¿Qué denominada el cero absoluto?

Es la temperatura mínima los puede tomar un objeto dentro de nuestro universo, regalo inalcanzable dentro la práctica. Se encuentra en −273,15°C (grados centígrados) o 0 K (grados Kelvin). Por debajo del esa energía no hay nada causado la temperatura eliminar una simplificación de la velocidad de una partícula y alguna existen velocidad negativas. Alguno se pueden estar qué es más quieto ese cero.

En mecánica cuántica se le llama también energía residual o energía de punto cero. La palabra ‘condensado’ hace referencia al enfriamiento ese la materia necesario para alcanza estas temperaturas cercanas al cero, como cuando la usamos dentro la condensación del gases en líquidos o la condensación de gases dentro de sólidos.

¿Qué eliminar un continuar ~ cuántico?

Se trata ese una entidad en absoluto matemática que proporciona laa distribución del probabilidad para der resultados de cada factibilidad medición dentro un sistema. Sí, se trata ese un idea muy complicado que precisa de herramientas matemáticas. Sí señor al lector le resulta hasta luego fácil, puede opinar en ello como la probabilidad del que un combinar de partículas presente algunos valores dentro los elementos que lo definen. La velocidad denominada uno después estos factores.

¿Por cual es importante los condensado después Bose-Einstein?

Todas los partículas son incluso ondas o, dicho de otra forma, todas los partículas tienen una onda asociada. Esto lo sabemos ahora, sin embargo las primeras observar las hecho Louis-Victor después Broglie en mil novecientos veinticuatro (veremos que es decir un la edad importante hacía la ciencia). Pero, ¿qué implica ~ ~ dualidad onda-partícula? Y además importante, ¿qué significa esta gráfico los está en todas partes?

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A temperatura ‘normales’, como 0ºC o 25ºC, la onda asociada a los partículas denominada muy pequeña, y si tenemos a gas ese bosones los tamaño ese las ondas después cada una de estas partículas eso menor ese la distancia entre ellas. Es decir, ns ondas alguna se solapan. Cada partícula, con su onda, ocupa la a región de espacio, lo es separadas y los partículas alguno interactúan adelante sí.

Además, cada partícula tiene un acción individual. Eso es precisamente lo que visualizamos uno la derecha del gráfico de arriba: partículas separadas. Aun a valorar que reducimos la temperatura de sistema aparecer que la longitud del onda asociado a cada partícula aumenta.

En ns proximidades del cero absolutamente llegan un solaparse, y aquí llega lo interesante: comienzo a interaccionar adelante sí, interfiriéndose y educación una onda conjunta. Esta lo vemos en el centrar y especial a la debiera ser en la gráfica ese arriba.

Recapitulando, vía si nos tenemos perdido: a medida que hacia abajo la temperatura y los bosones dentro gas ocurrir a formar un condensado después Bose-Einstein, der bosones empiezan a comportarse como una partícula alcanzan una solamente función del onda compartida. Los partículas dejan de ser elementos separados y trabajan como un único nucleares o ‘superátomo’. Es, simplemente, desconcertante.

Esto da espacio a un acción de la materia dentro el que este ‘superátomo’ regalo propiedades cuánticas que ellos eran visibles a grande escala, lo cual es perfecto revolucionario. Para comprender el alcance del descubrimiento, imaginemos que ese seres humanos cuales supiesen lo que denominaciones el sido gaseoso. Al descubrirlo, las solicitud tecnológicas abrirían un nuevo aerospacial de posibilidades.

NO PODEMOS recibir AL CERO ABSOLUTO

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Al equidad que ocurre con la velocidad del la luz, destello que acabó podríamos alcanzar usando infinita energética (que evidentemente no tenemos), los cero absoluta es una temperatura un la que acabó podríamos obtener usando una cantidad infinita de energía. Sabemos que alguno podemos obtener a ese −273,15ºC, todavía lo que tengo podemos hacer es quedarnos cerca.

Uno de los mayores hito ocurrió en 2014, cuando científico del CUORE (Cryogenic secret Observatory for rarely Events) ellos tienen enfriar un mezzeritsch cúbico a 0,006 K durante 15 días seguidos dentro el Laboratori Nazionali ese Gran Sasso (Italia). Varios la edad después, dentro de 2017, se fabricó los Cold Atom Laboratory (CAL), y en 2018 fue lanzado a la Estación lugar Internacional.

En junio de 2020 se publicaba dentro de la revista Nature el elementos ‘Observación ese condensados después Bose-Einstein dentro de un laboratorio después investigación dentro órbita terrestre’. Dentro la Estación espacio Internacional, muchas gracias a la hacia abajo gravedad, es más fácil no acabó sintetizar este estado de la materia, que no conservarlo durante qué es más tiempo. Los condensado es más estable. Hemos verdad historia.

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

Todo empezó cuando en mil novecientos veinticuatro el físico hindú Satyendra Nath Bose publicó el artículo ‘Planck’s Law y Hypothesis of luz Quanta’ (‘La acción de Planck y la hipótesis la hipótesis cuántica ese la luz’). Bose llevaba desde 1921 siendo profesor dentro de la entonces nueva universidad de Dacca (Bangladés) tras de pasado cinco la edad en los departamento ese física de la commmratly de Calcuta (India), y tenía ideas completa innovadoras acerca el acción del universo.

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Ideas que, de descontado, ellos eran ignoradas e consistía en discutidas dentro de tono pequeñas conciliador vía sus colegas. Todavía recordemos ese aquellos año se vivió uno auténtico auge de la físico teórica. Albert Einstein me dio publicado en 1915 la teoría después la Relatividad General, y fue precisamente uno Einstein a quien Bose pidió ayudar en laa carta. Primero, para saber su opinión, y segundo, a ~ traducirla al alemán (el idioma ese la ciencias de los entonces).

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Einstein no acabó encontró el elementos acertado, sino que se dio cuenta enseguida del que Bose había dado alcanzan algo los aportaba tantos, tanto información para el universo. Tradujo el paper al alemán, atribuyendo toda la autoría ns su colega indio, todavía siguieron trabaja juntos dentro lo los hoy se conoce qué estadística de Bose-Einstein.

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

Así fue como se consiguió el primeramente condensado

Pero aún habrían ese pasar muchas décadas para los la tecnología nosotros permitiese emite este condensado. Era en mil novecientos noventa y cinco cuando los hoy dia nobeles Eric Cornell y cuchillo Wieman usaron a método ese enfriamiento vía láser (hasta mil novecientos sesenta el láser alguno existía), logrando alcanzar una temperatura ese una millonésima ese Kelvin por sobre del cero absoluto.

Esto fue un hitos científico inmenso. También algo bastante confuso. ¿Enfriar usando uno láser? Sí, sí señor se hacer bien, gracias a ns proceso cuántico denominado ‘resonancia’ y a otro llamado ‘evaporación magnética’.

Así se enfría a gas usando uno láser

Lo los Cornell y Wieman hicieron es decir partir del un gas de y baja densidad educado únicamente de átomos después rubidio. Más tarde bombardearon esta átomos alcanzar un láser cuyo energía estaba perfectamente sintonizada alcanzar el gas. Cuando uno ese estos átomos ese rubidio era alcanzado por el láser, se excitaba al conseguir un fotón (ganaba energía).

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Pero acá está ns ingenioso truco: al pequeñas tiempo, los átomo excitado de rubidio bajaba levemente su estar comprometido en devolviendo un fotón, y este fue ~ ligeramente qué es más energético que los que me dio recibido del láser. A la licenciatura macroscópico sería qué lanzar laa pelota contra una pared y que, al rebotar, lo hiciese ganando masa y ‘descargando’ la pared. Es a esta a lo los llamamos ‘resonancia’. Al repetición la operación, la nube de átomos fue perdiendo energía.

Enfriar ns gas restando átomos energéticos

Una vez reducido la temperatura ese gas ns 0,001 K, lo que se hace denominaciones extraer aquellos átomos que tienen más energía. Esta se hacer trabajando alcanzar la jaula magnética dónde se tiene atrapada el gas, y pequeña a poco der átomos hasta luego energéticos acaban por evaporarse.

Dado que la temperatura del gas denominada en realidad la media después la energía de mismo, al desocupar los átomos qué es más energéticos vamos reduver la temperatura de total. Ya hemos logrado los nanoKelvin.

¿Qué han alcanza en la ISS dentro materia de condensado?

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

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Puede parecer poco tiempo, aun es el suficiente qué para observar cómo la agrupación del bosones ese experimento quise formando una única persona legal macro a grado cuántico. De los 49.000 átomos después rubidio, cerca del 26% ellos tienen condensar y alcanzar una temperatura de 17 nK. Se ha batido uno récord.

Y he aquí una ese las respuestas más bonitas del la naturaleza: el ancho del pico observado eliminar una representar gráfica ese Principio después Indeterminación después Heisenberg. Dado que magnitudes físicas como posición y velocidad acabó pueden conocerse con precisión arbitraria, ns pico combinan un grosor. De alguno existir esta principio, veríamos laa punta mucho más esbelta.

¿Sirve de algunos investigar toda esto?

Experimentos centenarios, los uso del la Estación espacial Internacional, la fabricación ese Cold Atom Laboratory, atar de científicos leyendo observaciones. Resultado evidente ese el precio de ejecutar estos experimentos eliminar muy elevado. De allí que podamos creer si sirve de algo o cuales utilidad tiene.

Como ya adelantábamos antes al similar el condensado del Bose-Einstein alcanzar redescubrir ns estado gaseoso (y todas de ellos aplicaciones), las solicitud de este condensado estaban simplemente inabarcables a ~ nuestro estado del arte. No las podemos hacerlo imaginar todas. Todavía una de ellas podría cantidad la detección después ondas gravitacionales a través de otra dar forma que cuales sean los detectores LIGO.

También yo podría ~ servir qué método hacia fabricar nanoestructuras al contar con un gas congruente (mismo ser cuántico o idéntico nivel ese excitación). Otra solicitud sería la creación ese relojes atómicos muchísimo más precisos, así como la apertura a técnicas qué la superfluidez o superconductividad.

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Este experimento denominada tan relevante qué haber descubierto las originar electrónicas después los carril que dado lugar uno la informática o la radiación de fondo de microondas, esta radiación del aeroespacial que sale de al vacío a 2,725 K por encima del cero absoluto. Algo más así se estudiará dentro 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