Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, os condensados de Bose-Einstein representam um estranho arranjo de átomos que não foi verificado em laboratórios até 1995. Esses condensados são gases coerentes, criados em temperaturas mais frias do que as encontradas em qualquer lugar da natureza. Dentro desses condensados, os átomos perdem suas identidades individuais e se fundem para formar o que às vezes é referido como um "superatomo".
Teoria do condensado de Bose-Einstein
Em 1924, Satyendra Nath Bose estava estudando a ideia de que luz viajou em pacotes minúsculos, agora conhecidos como fótons. Ele definiu certas regras para seu comportamento e as enviou a Albert Einstein. Em 1925, Einstein previu que essas mesmas regras se aplicariam aos átomos porque eles também eram bósons, tendo um spin inteiro. Einstein elaborou sua teoria e descobriu que, em quase todas as temperaturas, haveria pouca diferença. No entanto, ele descobriu que em temperaturas extremamente baixas algo muito estranho deveria ocorrer - o condensado de Bose-Einstein.
Temperatura do condensado de Bose-Einstein
A temperatura é simplesmente uma medida do movimento atômico. Itens quentes consistem em átomos que se movem rapidamente, enquanto itens frios consistem em átomos que se movem lentamente. Embora a velocidade dos átomos individuais varie, a velocidade média dos átomos permanece constante em uma determinada temperatura. Ao discutir os condensados de Bose-Einstein, é necessário usar a escala de temperatura Absoluta, ou Kelvin. O zero absoluto é igual a -459 graus Fahrenheit, a temperatura na qual todo o movimento cessa. No entanto, os condensados de Bose-Einstein só se formam em temperaturas inferiores a 100 milionésimos de grau acima do zero absoluto.
Formação de condensados de Bose-Einstein
Conforme previsto pelas estatísticas de Bose-Einstein, em temperaturas muito baixas, a maioria dos átomos em uma determinada amostra existe no mesmo nível quântico. À medida que as temperaturas se aproximam do zero absoluto, mais e mais átomos descem ao seu nível de energia mais baixo. Quando isso ocorre, esses átomos perdem sua identidade individual. Eles se sobrepõem um ao outro, coalescendo em uma bolha atômica indistinguível, conhecida como condensado de Bose-Einstein. A temperatura mais fria que existe na natureza é encontrada no espaço profundo, em torno de 3 graus Kelvin. No entanto, em 1995, Eric Cornell e Carl Wieman foram capazes de resfriar uma amostra de 2.000 átomos de Rubídio-87 para menos de 1 bilionésimo de grau acima do zero absoluto, gerando um condensado de Bose-Einstein para o primeiro Tempo.
Propriedades do condensado de Bose-Einstein
À medida que os átomos esfriam, eles se comportam mais como ondas e menos como partículas. Quando resfriadas o suficiente, suas ondas se expandem e começam a se sobrepor. Isso é semelhante à condensação do vapor em uma tampa quando ela é fervida. A água se aglomera para formar uma gota d'água ou condensado. O mesmo ocorre com os átomos, apenas suas ondas se fundem. Os condensados de Bose-Einstein são semelhantes à luz laser. No entanto, em vez dos fótons se comportarem de maneira uniforme, são os átomos que existem em perfeita união. Como uma gota de água se condensando, os átomos de baixa energia se fundem para formar uma massa densa e indistinguível. A partir de 2011, os cientistas estão apenas começando a estudar as propriedades desconhecidas dos condensados de Bose-Einstein. Assim como com o laser, os cientistas sem dúvida descobrirão muitos usos para eles que beneficiarão a ciência e a humanidade.