Estado condensado de Bose-Einstein

Stephen Rhoton
Stephen Rhoton
Graduado en Ingeniería de Sistemas Biológicos

Qué es el estado condensado de Bose-Einstein

El estado condensado de Bose-Einstein (BEC por Bose-Einstein condensate) es considerado el quinto estado de agregación de la materia. Fue observado por primera vez en 1995.

Se le denomina condensado debido al proceso de condensación a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 °C). Se trata de una agrupación de bosones, partículas subatómicas gaseosas que poseen un spin quantum o espín entero. Un espín es la rotación de las partículas elementales en sí mismas, como los fotones.

Si se consigue condensar este gas, se obtiene un superfluido subatómico llamado condensado de Bose-Einstein. Llegados a este punto, los átomos no están diferenciados, sino que alcanzan un estado fundamental y de coherencia cuántica. Esto significa que los átomos comparten un mismo nivel de energía mínimo y misma función de onda.

La definición de gas, en este contexto, apela a la separación natural y dispersa que caracteriza a los gases. El estado condensado Bose-Einstein se diferencia del estado gaseoso y plasmático en que solo se obtiene al enfriar la materia casi al cero absoluto. Además, solo es observable a nivel subatómico.

Los primeros elementos con los que se consiguieron alcanzar el estado de Bose-Einstein fueron el sodio (Anderson, 1995) y el rubidio (Davis, 1995). Condensar estas partículas invisibles al ojo humano ha sido uno de los avances tecnológicos más importantes en el área de la física cuántica.

Características del estado condensado de Bose-Einstein

El estado condensado de Bose-Einstein tiene dos características principales, denominadas superfluidez y superconductividad.

Por un lado, la superfluidez significa que la materia condensada deja de tener fricción, por lo que los átomos se mueven sin perder energía. Por el otro lado, el condensado posee superconductividad al ofrecer una resistencia eléctrica nula. Esto implica que facilita el paso de electrones sin que estos pierdan energía, excepto al colisionar con otros electrones o partículas.

Además, el estado condensado de Bose-Einstein posee otras características particulares:

  • El condensado está compuesto por átomos en un mismo estado cuántico, llamado coherencia cuántica, y misma función de onda.
  • El nivel de energía es mínima e igual para todos los átomos, lo que se denomina estado fundamental.
  • A causa de las dos características anteriores, el condensado también recibe el sobrenombre de superátomo, ya que la agrupación de átomos se comporta como un solo átomo.
  • Es un estado que solo se obtiene a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, o sea, -273,15 °C o 0 K.
  • Debido a la característica de la superfluidez, los átomos se agrupan formando una capa fina.
  • Solo los bosones, como los fotones, gluones o bosones W/Z, pueden ser condensados de Bose-Einstein, ya que este estado requiere de partículas con espín entero. No obstante, los fermiones (partículas con espín semientero) pueden alcanzar dicho estado si están emparejados, denominados pares de Cooper.

Descubrimiento del estado condensado de Bose-Einstein

El estado condensado de Bose-Einstein, también llamado como el cubo de hielo cuántico, solo se conocía por los estudios teóricos de los físicos Albert Einstein (1879-1955) y Satyendra Nath Bose (1894-1974). Ambos predijeron en 1924 la existencia de tal estado.

No obstante, este quinto estado solo existía en teoría hasta 1995, debido a las dificultades en alcanzar las 2 condiciones necesarias para ello:

  • la producción de temperaturas bajas cercanas al cero absoluto, y
  • la creación del gas de partículas subatómicas con un espín entero, es decir, los bosones.

Considerando los antecedentes históricos, el estado condensado de Bose-Einstein solo fue posible en 1995 gracias a dos grandes avances.

Primero, se debe a los físicos Claude Cohen-Tannoudji, Steven Chu y William D. Phillips el descubrimiento de una luz láser capaz de atrapar los átomos. Este láser lograba reducir el movimiento de las partículas, enfriándolos hasta llegar a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 °C). Gracias a este avance, los físicos mencionados reciben el Premio Nobel de Física en 1997.

Segundo, los físicos Eric A. Cornell y Carl Wieman, de la Universidad de Colorado, lograron agrupar 2.000 átomos individuales en un “superátomo”. Observaron que esta partícula estaba conformada por átomos en un mismo estado de energía mínima.

De esta manera, se consigue ver por primera vez en 1995 el nuevo estado de la materia bautizado como condensado de Bose-Einstein, en homenaje a sus primeros teóricos. Los elementos utilizados fueron el sodio y el rubidio.

Los cuatro estados de la materia que conocemos actualmente abarcan nuestro entorno natural. El quinto estado de la materia define agregaciones a niveles subatómicos, tal como los descubrimientos de otros estados a partir del siglo XX.

Vea también:

Referencias

Anderson, M. H., Ensher, J. R., Matthews, M. R., Wieman, C. E., & Cornell, E. A. (1995). Observation of Bose-Einstein condensation in a dilute atomic vapor. science, 269(5221), 198-201.

Davis, K. B., Mewes, M. O., Andrews, M. R., van Druten, N. J., Durfee, D. S., Kurn, D. M., & Ketterle, W. (1995). Bose-Einstein condensation in a gas of sodium atoms. Physical review letters, 75(22), 3969.

Cómo citar: Rhoton, Stephen (11/10/2023). "Estado condensado de Bose-Einstein". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/estado-condensado-de-bose-einstein/ Consultado:

Stephen Rhoton
Stephen Rhoton
Stephen se graduó en 2017 en Ingeniería de Sistemas Biológicos, y finalizó en 2020 los estudios del máster en Tecnologías Facilitadoras para la Industria Alimentaria y de Bioprocesos. Cursó ambos en EEAABB (Escuela de Ingeniería Agroalimentaria y de Biosistemas de Barcelona).