en todas partes que miramos a nuestro alrededor, vemos la materia. El dispositivo sobre el que estás leyendo este artículo, el aire que respiramos, junto con toda la vida en la Tierra, está hecho de materia. Podemos decir con seguridad que la materia es todo compuesto de átomos. La razón por la que vemos que la materia toma tantas formas diferentes es porque existe en muchos estados diferentes., Generalmente, la materia existe en una cierta cantidad de Estados en condiciones clásicas, pero cuando está sujeta a condiciones extremas, se encuentra que la materia se comporta en diferentes estados por completo.
uno de estos estados de la materia, encontrado en condiciones extremadamente críticas, fue descubierto por dos científicos legendarios, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. Este estado de la materia se le dio por lo tanto el nombre de condensado de Bose-Einstein., En primer lugar, sin embargo, para entender el condensado de Bose-Einstein, debemos mirar los Estados clásicos de la materia, refrescando cómo se comportan los átomos en ellos y cómo la materia fluye de un estado a otro.
El Cambio de los Estados de la Materia
Asunto tiene muchos estados en los que puede existir. El estado de la materia depende de la interacción de los átomos entre sí, así como de los niveles de energía de cada átomo en su conjunto. La materia puede cambiar de un estado a otro cuando está sometida a diferentes temperaturas y presiones., Bajo condiciones físicas clásicas, la materia puede existir en cuatro estados:
- sólido
- líquido
- Gas
- Plasma
ejemplo clásico para el cambio de estado de la materia, es decir, el agua (crédito de la foto : vecton/)
el mejor ejemplo para representar los cambios en los estados de la materia es el agua. Por debajo de 0 ° C, el agua existe en su estado sólido-hielo. Al calentar el hielo por encima de 0°C a presión estándar, se convierte en agua líquida., Al calentar agua líquida por encima de 100°C a presión estándar, obtenemos vapor, que es la forma gaseosa del agua. El vapor, cuando se somete al proceso de ionización, que agrega o elimina un electrón para crear iones, genera el estado plasmático del agua.
la energía de los átomos es el cuerpo gobernante para determinar en qué estado de la materia se encuentra una sustancia. Cuando impartimos calor a los átomos, básicamente les damos energía. Esa energía es absorbida por los átomos a medida que comienzan a convertir esta energía en movimiento., Esto es esencialmente lo que vemos durante tal cambio de estados de la materia. Los átomos en los sólidos tienen muy poca energía y vibran con bajas amplitudes, por lo que los sólidos permanecen en un solo lugar. Cuando calentamos sólidos, los impartimos con energía. Los átomos entonces comienzan a vibrar con más energía y amplitudes más altas. Esto es cuando obtenemos líquidos y gases, los cuales tienen una tendencia a fluir, en lugar de permanecer estancados.
sin embargo, cuando hablamos de condensado de Bose-Einstein, no estamos hablando de términos estándar de condiciones físicas., Los condensados de Bose-Einstein se hacen generalmente en temperaturas que son millones de veces más frías que el espacio mismo. Por lo tanto, para obtener una mejor comprensión del condensado de Bose-Einstein, debemos entrar en la física cuántica de un átomo.
una inmersión en el Reino cuántico
la física cuántica es la rama de la física que se ocupa de las partículas subatómicas y toda la materia y energía a las escalas más pequeñas. La física cuántica también describe las leyes que rigen un átomo.,
en 1924, Louis-Victor De Broglie afirmó que toda la materia tenía una naturaleza ondulada. Esto realmente sentó las bases para la física cuántica. ¡Lo que esto significaba era que toda la materia podía existir como una partícula y una onda al mismo tiempo! La razón por la que no vemos esta dualidad de partículas de onda muy a menudo es porque la masa de todos los objetos a nuestro alrededor tiene millones de millones de millones de masa más que las partículas subatómicas con las que se ocupa la física cuántica., En resumen, los objetos que nos rodean tienen tanta masa que su naturaleza ondulatoria es casi invisible, pero en objetos pequeños como los electrones, vemos este fenómeno más claramente.
lo anterior muestra las ondas de materia de Broglie. La partícula anterior está oscilando como una onda, así como moviéndose como una partícula (crédito de la foto: Maschen/wikimedia commons)
la física cuántica también establece que cada átomo tiene su propia identidad., Cada átomo tiene su propia longitud de onda única (ya que se comporta como una onda) y tiene su propia individualidad como partícula. Somos capaces de distinguir un átomo de otro debido a ciertas cualidades, similares a cómo podemos distinguir entre dos seres humanos. Debemos tener en cuenta estas leyes cuando hablamos del condensado de Bose-Einstein.
El de arriba muestra la dualidad onda-partícula. La partícula cuántica anterior también se ve como un paquete de onda., (Crédito de la foto: Thierry Dugnolle/wikimedia commons)
girando el microscopio en el condensado de Bose-Einstein
la mayoría de Nosotros sabemos que no hay temperatura inferior al Cero Absoluto, que es de -273 °C o 0 K. El Cero Absoluto es esa temperatura a que los átomos no tienen energía y cesan el movimiento por completo. Entonces, ¿qué sucede cuando se enfría un gas con baja densidad a temperaturas solo una fracción por encima del cero absoluto? Bueno, la respuesta a esta pregunta es the ¡el condensado de Bose-Einstein!,
se encontró que al enfriar la materia a temperaturas apenas un bigote por encima de 0 K, el material entra en otro Estado de la materia, convenientemente llamado condensado de Bose-Einstein. Ya sabemos que cuando los átomos se enfrían a temperaturas más bajas, tienen niveles de energía más bajos. Así, en el estado condensado de Bose-Einstein, los átomos tienen niveles de energía cercanos a cero.
¿recuerdas la dualidad onda-partícula de los átomos cubierta por la física cuántica? En un condensado de Bose-Einstein, todos los átomos de una sustancia comienzan a exhibir una longitud de onda similar., Estas longitudes de onda entonces comienzan a superponerse. En este punto, los átomos sufren una crisis de identidad. En lugar de tener múltiples átomos diferentes que exhiben diferentes longitudes de onda, observamos un solo átomo que exhibe una sola longitud de onda. Un átomo no puede distinguirse de otro, por lo que consideramos que el átomo individual mencionado es un «súper átomo».
lo anterior muestra una distribución de velocidad de los átomos de rubidio., La imagen de arriba muestra un gráfico de distribución de velocidad: los átomos más a la izquierda justo antes de que se forme el condensado; medio-un súper átomo justo después de que se forme el condensado; más a la derecha – una muestra pura del condensado (crédito de la foto: Instituto Nacional de estándares y Tecnología / Wikimedia commons)
conclusión
para ponerlo muy simple, el condensado de Bose – Einstein (BEC) es ese estado de la materia donde todos los átomos de una partícula comienza a actuar como un solo átomo llamado súper átomo., A diferencia de todos los otros estados de la materia, en el BEC, todos los átomos vibran al unísono, es decir, todos vibran con la misma longitud de onda con el mismo período de tiempo. Este fenómeno podría permitir al BEC revolucionar la computación, haciendo posible la realización de la computación cuántica. Este concepto es inmensamente difícil de entender y todavía hay una gran cantidad de investigación relacionada con él, pero el BEC podría abrir nuevas e increíbles puertas de logro en el mundo de la física.