Condensado de Bose-Einstein es uno de los estados de agregación (para muchos, el número cinco) de la materia.
Condensado de Bose-Einstein es la denominación que recibe un estado muy particular, único, de la materia. Expertos en física definen a este escenario como el “quinto estado”, (considerando a las presentaciones gaseosas, líquidas, sólidas y al plasma) que puede experimentar la materia.
Se consigue llegar a él, indican los científicos, cuando, en un gas, la temperatura de las moléculas desciende hasta un punto tal que se superponen sus funciones de onda. Se resaltan de este estado macroscópico advertido en determinados materiales la densidad y su carácter frío (ya que las marcas térmicas alcanzadas rondan el cero absoluto). En este marco, los átomos casi no tienen movimiento y las partículas pasan al conocido como estado fundamental.
Es interesante conocer cómo se llegó a descubrir este fenómeno de raíz cuántica manifestado a escala macroscópica. También suma estar al tanto de sus características, las dificultades inherentes a este hallazgo y sus aplicaciones, por eso a lo largo de este artículo ofreceremos datos sobre la historia, las propiedades, las limitaciones y el aprovechamiento del condensado de Bose-Einstein.
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ResumenAntecedentes históricos del condensado de Bose-Einstein
Los apellidos abarcados por la expresión que motiva esta publicación invitan a dirigir la mirada hacia dos científicos influyentes: el indio Satyendra Nath Bose que hizo valiosos aportes a la mecánica cuántica y a la física matemática y el alemán Albert Einstein. Las identidades de ambos figuran, asimismo, en las bautizadas como estadísticas de Bose-Einstein.
El primero de estos físicos inició el camino hacia la consolidación del condensado de Bose-Einstein cuando le hizo llegar a su colega un manuscrito con detalles sobre un trabajo suyo focalizado en el uso de partículas idénticas para contabilizar estados y deducir con esa modalidad estadística la ley de Planck. Albert tradujo ese contenido al alemán y logró que Bose obtuviera un merecido reconocimiento a escala global por su contribución a la comprensión de cómo se comportan los fotones.
Poco más tarde, Einstein expandió y profundizó el aporte de Satyendra posando su atención en formas de predecir comportamientos de átomos de gases. Así determinó que si se disminuye la temperatura de un gas hasta una marca cercana al cero absoluto (suficiente como para prácticamente inmovilizar a los átomos) se llegará a un idéntico estado cuántico.
En 2001, tres científicos fueron distinguidos con el Premio Nobel de Física por haber estudiado los rasgos distintivos de los condensados y, valiéndose de revolucionarias metodologías, haber logrado la condensación de Bose-Einstein en una serie de gases presentados de manera diluida y conformados por átomos alcalinos. Wolfgang Ketterle, Eric A. Cornell y Carl E. Wieman son los expertos condecorados en esa ocasión.
Los átomos ultrafríos se caracterizan por evidenciar temperaturas cercanas al cero absoluto, indican los expertos en física de la materia condensada.
Características y propiedades
Al analizar las características y las propiedades del condensado de Bose-Einstein cobra especial notoriedad la superfluidez, un fenómeno que garantiza que los átomos fluyan sin enfrentarse a ninguna clase de resistencia. Tampoco hay que ignorar la superconductividad que se le reconoce al condensado, cuya resistencia eléctrica es nula. En este contexto no hay en el gas rastros de viscosidad, no hay pérdida de energía atómica y la materia condensada carece de fricción.
Se mencionó líneas arriba al estado fundamental que unifica desde el nivel de energía a todos los átomos involucrados y hay que añadir que éstos llegan a la particularidad de abrazar la coherencia cuántica (por englobarse en un estado cuántico idéntico) y de presentar una misma función de onda.
El condensado de Bose-Einstein es de utilidad, por ejemplo, para quienes se dedican a la computación cuántica y al desarrollo de ordenadores cuánticos.
Aplicaciones del condensado de Bose-Einstein
El condensado de Bose-Einstein es importante dado que ofrecen precisión y recursos para examinar la física de múltiples cuerpos y conocer en detalle el universo cuántico. Si bien se plantean en torno a él distintos desafíos y se observan algunas dificultades técnicas así como limitaciones en cuanto a la estabilidad, se continúan las investigaciones y exploraciones de los condensados.
Cada vez son más las aplicaciones del condensado de Bose-Einstein. Es clave, por ejemplo, en las áreas de computación cuántica, interferometría atómica, nanolitografía y nanotecnología.
Sirven, incluso, para la fabricación de sensores magnéticos, relojes atómicos y equipos láser.
Vale la pena señalar que el sector de la computación cuántica tiene todavía por delante mucho por crecer. En esta disciplina en la cual se trabaja con temperaturas considerablemente bajas y superconductores va a ser clave la labor científica que ya está en marcha sobre la adaptación de singularidades de Griffiths a múltiples materiales.
Es conveniente seguir de cerca, por último, las eventuales detecciones del estado número cinco de la materia en el espacio. Temporadas atrás, un experimento desarrollado en la Estación Espacial Internacional (EEI) y facilitado por condiciones de microgravedad permitió crear y observar el condensado de Bose-Einstein. Estas pruebas, junto a los hallazgos derivados de ellas han dicho los especialistas que integraron el equipo a cargo, abren la puerta a búsquedas científicas asociadas a las ondas gravitacionales, la relatividad general y la energía oscura, por indicar varias posibilidades a modo de referencia.
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