Proprietà del condensato di Bose Einstein

Predetti per la prima volta da Albert Einstein, i condensati di Bose-Einstein rappresentano una strana disposizione di atomi che non è stata verificata nei laboratori fino al 1995. Questi condensati sono gas coerenti, creati a temperature più fredde di quelle che si possono trovare in natura. All'interno di questi condensati, gli atomi perdono le loro identità individuali e si fondono per formare quello che a volte viene definito un "super atomo".

Nel 1924, Satyendra Nath Bose stava studiando l'idea che leggero viaggiato in piccoli pacchetti, ora noti come fotoni. Ha definito alcune regole per il loro comportamento e le ha inviate ad Albert Einstein. Nel 1925, Einstein predisse che queste stesse regole si sarebbero applicate agli atomi perché erano anche bosoni, con spin intero. Einstein elaborò la sua teoria e scoprì che a quasi tutte le temperature ci sarebbe stata poca differenza. Tuttavia, ha scoperto che a temperature estremamente fredde dovrebbe verificarsi qualcosa di molto strano: il condensato di Bose-Einstein.

La temperatura è semplicemente una misura del movimento atomico. Gli oggetti caldi sono costituiti da atomi che si muovono rapidamente, mentre gli oggetti freddi sono costituiti da atomi che si muovono lentamente. Mentre la velocità dei singoli atomi varia, la velocità media degli atomi rimane costante a una data temperatura. Quando si parla di condensati di Bose-Einstein, è necessario utilizzare la scala di temperatura assoluta, o Kelvin. Lo zero assoluto è uguale a -459 gradi Fahrenheit, la temperatura alla quale cessa ogni movimento. Tuttavia, i condensati di Bose-Einstein si formano solo a temperature inferiori a 100 milionesimi di grado sopra lo zero assoluto.

Come previsto dalle statistiche di Bose-Einstein, a temperature molto basse, la maggior parte degli atomi in un dato campione esiste nello stesso livello quantistico. Man mano che le temperature si avvicinano allo zero assoluto, sempre più atomi scendono al loro livello energetico più basso. Quando ciò accade, questi atomi perdono la loro identità individuale. Si sovrappongono l'uno all'altro, fondendosi in un'unica massa atomica indistinguibile, nota come condensato di Bose-Einstein. La temperatura più fredda che esiste in natura si trova nello spazio profondo, intorno ai 3 gradi Kelvin. Tuttavia, nel 1995, Eric Cornell e Carl Wieman sono stati in grado di raffreddare un campione di 2.000 atomi di Rubidio-87 per meno di 1 miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto, generando per il primo un condensato di Bose-Einsteinstein tempo.

Quando gli atomi si raffreddano, si comportano più come onde e meno come particelle. Quando si sono raffreddate abbastanza, le loro onde si espandono e iniziano a sovrapporsi. Questo è simile al vapore che si condensa su un coperchio quando è bollito. L'acqua si raggruppa per formare una goccia d'acqua o condensa. Lo stesso accade con gli atomi, solo che sono le loro onde che si fondono insieme. I condensati di Bose-Einstein sono simili alla luce laser. Tuttavia, invece dei fotoni che si comportano in modo uniforme, sono gli atomi che esistono in perfetta unione. Come una goccia d'acqua che si condensa, gli atomi a bassa energia si fondono insieme per formare un grumo denso e indistinguibile. A partire dal 2011, gli scienziati stanno appena iniziando a studiare le proprietà sconosciute dei condensati di Bose-Einstein. Proprio come con il laser, gli scienziati scopriranno senza dubbio molti usi per loro che andranno a beneficio della scienza e dell'umanità.