Primero predicho por Albert Einstein, los condensados de Bose-Einstein representan una extraña disposición de átomos que no fue verificada en laboratorios hasta 1995. Estos condensados son gases coherentes, creados a temperaturas más frías que las que se pueden encontrar en cualquier lugar de la naturaleza. Dentro de estos condensados, los átomos pierden sus identidades individuales y se fusionan para formar lo que a veces se denomina un "superátomo".
Teoría del condensado de Bose-Einstein
En 1924, Satyendra Nath Bose estaba estudiando la idea de que la luz viajó en pequeños paquetes, ahora conocidos como fotones. Definió ciertas reglas para su comportamiento y se las envió a Albert Einstein. En 1925, Einstein predijo que estas mismas reglas se aplicarían a los átomos porque también eran bosones y tenían un espín entero. Einstein elaboró su teoría y descubrió que a casi todas las temperaturas, habría poca diferencia. Sin embargo, descubrió que a temperaturas extremadamente frías debería ocurrir algo muy extraño: el condensado de Bose-Einstein.
Temperatura del condensado de Bose-Einstein
La temperatura es simplemente una medida del movimiento atómico. Los elementos calientes consisten en átomos que se mueven rápidamente, mientras que los elementos fríos consisten en átomos que se mueven lentamente. Si bien la velocidad de los átomos individuales varía, la velocidad media de los átomos permanece constante a una temperatura determinada. Cuando se habla de condensados de Bose-Einstein, es necesario utilizar la escala de temperatura absoluta o Kelvin. El cero absoluto es igual a -459 grados Fahrenheit, la temperatura a la que cesa todo movimiento. Sin embargo, los condensados de Bose-Einstein solo se forman a temperaturas inferiores a la 100 millonésima de grado por encima del cero absoluto.
Formación de condensados de Bose-Einstein
Como predijeron las estadísticas de Bose-Einstein, a temperaturas muy bajas, la mayoría de los átomos en una muestra dada existen en el mismo nivel cuántico. A medida que las temperaturas se acercan al cero absoluto, más y más átomos descienden a su nivel de energía más bajo. Cuando esto ocurre, estos átomos pierden su identidad individual. Se superponen entre sí, fusionándose en una mancha atómica indistinguible, conocida como un condensado de Bose-Einstein. La temperatura más fría que existe en la naturaleza se encuentra en el espacio profundo, alrededor de los 3 grados Kelvin. Sin embargo, en 1995, Eric Cornell y Carl Wieman pudieron enfriar una muestra de 2000 átomos de rubidio-87 a menos de una mil millonésima parte de un grado por encima del cero absoluto, generando un condensado de Bose-Einstein por primera vez hora.
Propiedades del condensado de Bose-Einstein
A medida que los átomos se enfrían, se comportan más como ondas y menos como partículas. Cuando se enfrían lo suficiente, sus ondas se expanden y comienzan a superponerse. Esto es similar al vapor que se condensa en una tapa cuando se hierve. El agua se aglutina para formar una gota de agua o condensado. Lo mismo ocurre con los átomos, solo que son sus ondas las que se fusionan. Los condensados de Bose-Einstein son similares a la luz láser. Sin embargo, en lugar de que los fotones se comporten de manera uniforme, son los átomos los que existen en perfecta unión. Como una gota de agua que se condensa, los átomos de baja energía se fusionan para formar un bulto denso e indistinguible. A partir de 2011, los científicos apenas están comenzando a estudiar las propiedades desconocidas de los condensados de Bose-Einstein. Al igual que con el láser, los científicos indudablemente descubrirán muchos usos para ellos que beneficiarán a la ciencia y la humanidad.