2006/10/01

El condensado de Bose-Einstein, un superátomo.


En junio de 1995, en el Instituto JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) de, Boulder, Colorado se creó una minúscula gota formada por 2000 átomos de rubidio enfriados hasta una temperatura de 100 milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto. Durante 10 segundos se consiguió que perdieran su identidad individual y se comportaran como si fuesen un solo “superátomo”. Sus ecuaciones de onda individuales, que describen su posición y velocidad, se fundieron en una sola y los átomos se volvieronn indistinguibles entre sí.

Este experimento del fenómeno que predijo Einstein hace más de 70 años, después de estudiar los trabajos sobre una estadística especial que desarrolló Satyendra N. Bose para fotones, les valió el Premio Nobel en el año 2001 a Eric A.Cornell, Wolfgang Ketterle y a Carl E. Weiman.

En la condensación de Bose-Einstein la naturaleza ondulatoria de cada átomo está en fase con la de los demás, hasta tal punto que las ondas mecanocuánticas atraviesan la muestra entera y se observan a simple vista. Todos los átomos ocupan – a la vez- el mismo volumen de espacio, se mueven a la misma velocidad y dispersan luz del mismo color. Abre un campo precioso para el estudio de las viejas paradojas de la mecánica cuántica, pues las propiedades de lo microscópico se proyectan en lo macroscópico para poderlas estudiar con todo lujo de detalles.

Unos años antes, en 1997, se reconoció con el Premio Nobel de Física a Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William D Phillips el trabajo desarrollado para enfriar y atrapar átomos con luz láser. Precisamente este es uno de los dos métodos utilizados, en el experimento: primero se agrupan los átomos, en el centro de un recipiente de cristal, mediante la incidencia de seis haces de luz láser. Se ajusta su frecuencia de tal manera que los átomos que viajan en sentido opuesto al haz de luz dispersen muchos más fotones que los del sentido opuesto, lo que origina que vayan perdiendo velocidad y por tanto se "enfríen". Se apagan los láseres, y a continuación se produce un campo magnético que actúa a modo de "cuenco" dejando que salgan los átomos más energéticos y confinando, todavía más, los restantes.

A 200 milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto, podemos observar la figura de la izquierda, donde las funciones de onda de los átomos forman una ligera cresta, pues sus velocidades todavía se encuentran dispersas. Conforme bajamos la temperatura llegamos a la figura de la cresta pronunciada: en ese momento se ha producido el condensado. Los átomos del mismo han alcanzado el nivel más bajo de energía y comparten ese mismo nivel, tal como estipula la mecánica cuántica. Se observa, a simple vista, la imagen de la derecha: una especie de cereza formada por los átomos que rodean el condensado, con el núcleo central que es el condensado de Bose-Einstein ( Figura superior ).

Actualmente ya se consiguen condensados de mas de 20 millones de átomos. Si imaginamos un condensado con dos millones de átomos, haciendo incidir un láser suficientemente localizado, podremos dividirlo en dos mitades y separarlas por completo. Podríamos suponer que un millón de átomos están en un paquete y el resto en el otro, pero la física cuántica nos dice que cada uno de los dos millones de átomos está en los dos sitios a la vez, siempre que no intentemos medir su número en cada paquete. Si lo hacemos destruiremos la coherencia entre las dos partes de la onda atómica y tendremos que hablar de dos condensados completamente independientes.

Las posibilidades que ofrecen este tipo de condensados son extraordinarias. Ultimamente, como ejemplo, se habla de un experimento que podría comprobar algunas predicciones de la física de supercuerdas, la rama de la física que intenta unificar todas las fuerzas de la naturaleza.


( En la figura inferior: Científicos del Georgia Institute of Technology durante sus experimentos con condensados Bose-Einstein )


21 comentarios:

Gallego dijo...

Hola, simplemente quería decir que acabo de descubrir tu blog vía Microsiervos y me parece espectacular. ¡Te seguiré muy atentamente! ;)

Salvador dijo...

Gracias amigo.

Gallego dijo...

Por cierto, si aceptas un consejo, deberías poner el enlace al feed de este blog, para que a los lectores nos sea más sencillo sindicarnos al contenido.

Javier dijo...

¿Qué decir???...me encanta este blog!!!:D:D

Salvador dijo...

El enlace al feed ya estaba puesto ( es ATOM), pero lo he situado de forma más visible. Gracias Gallego.

Gallego dijo...

Ok, ha sido la costumbre de buscar el logo RSS :P

Anónimo dijo...

Sencillamente EXCELENTE!!!!

Buscaba preguntas de fisica para grados iniciales y los encontre.
Maravilloso

Miguel

Atenea dijo...

Hola, apenas conozco el blog por medio de una consulta que debía hacer, en realidad es un sitio muy llamativo he interesante; se siente el calor humano. Felicitaciones por el trabajo hecho.
Att: Vanessa, desde Colombia.

Atenea dijo...

Hola, apenas conozco el blog por medio de una consulta que tenía que hacer, en realidad es un sitio muy llamativo he interesante; se siente el calor humano. Felicitaciones por el trabajo hecho.
Att: Vanessa, desde Colombia.

Atenea dijo...

Hola, apenas conozco el blog por medio de una consulta que tenía que hacer, en realidad es un sitio muy llamativo he interesante; se siente el calor humano. Felicitaciones por el trabajo hecho.
Att: Vanessa, desde Colombia.

Salvador dijo...

Gracias Vanessa. Un saludo desde España.

SoPhie dijo...

Hola SoLo LoS KiErO FeLiCiTaR PoR El bOg, EsTa GeNiAl, saLuDoS De MeXiCo.

Anónimo dijo...

Excelente blog, primera vez que lo veo y me encanta,
lo seguire,
saludos de agusprine

ROBERTO SAMBUCETTI dijo...

HOLA, MUY BUENO, PONDRE LA DIRECCION DE TU BLOG EN EL QUE TENGO PARA MIS ALUMNOS, ESTOY SEGURO QUE TAMBIEN LES GUSTARÁ. GRACIAS. SAMBUCETTI

Anónimo dijo...

Hola:Recien conosco el blog y los felicito!.
Tengo una duda hace un tiempo y quiza puedan guiarme a la respuesta.Es que los organismos vivos(sistemas complejos abiertos),no responden a ninguna de las 2 leyes de la termodinamica,en el manejo de su energia.Si me pueden aconsejar lectura sobre el tema se los agradecere.
Roberto Castro de Argentina

Salvador dijo...

Las dos leyes se refieren a sistemas cerrados, lógicamente los organismos vivos no lo son.
Te recomiendo algunos apuntes de la UNAM:
http://depa.pquim.unam.mx/termofisica/fangel/docencia/eq/termo.pdf

http://depa.fquim.unam.mx/jesusht/primeraley.pdf

Te recomiendo que busques en la web de la Universidad Autónoma de México UNAM, hay un montón de material.

Anónimo dijo...

me encanta wow!!! sorprendente!! gracias! muchizimaz grax!! :)

Anónimo dijo...

el condensado de bose se consigue dejando en energía 0 los átomos... pero esto solo pasa en algunos casos (neutrones pares)...
el conseguir este estado implica dar una velocidad 0 lo que segun la teoria de incerteza (x * p > h/2pi)implicaría una incerteza de infinito respecto en la posición... pero a la práctica el condensado se situa donde se quiere por los campos magnéticos... que alguien me aclare esto S:

José Aguilar dijo...

gracias esta muy bueno tu blog y saludos desde Chile!!:D

Anónimo dijo...

gacias y saludos desde Chile

Jesús Merino dijo...

Los condensados de Bose-Einstein parecen contradecir la interpretación más reconocida en mecánica cuántica, según la cual las funciones de onda son de probabilidad. Sin embargo los condensados pueden verse a simple vista y se dejan fotografiar. Si la interpretación cuántica tiene sentido, tendríamos que reconocer que las probabilidades aparecen en las fotografías, y eso no cuela.
Por otra parte, si las partículas o los átomos del condensado aparecen en estado de ondas, ¿qué representa cada punto de la fotografía de un condensado, si no puede ser una pizca de materia, teniendo en cuenta que es la onda completa el equivalente a todas las partículas en superposición?
¿Hay alguien a quien le interese tratar ese tema?
http://origenmateria.blogspot.com.es/