La estadística (o condensado) de Bose-Einstein es un tipo de mecánica estadística aplicable a la determinación de las propiedades estadísticas de conjuntos grandes de partículas indistinguibles capaces de coexistir en el mismo estado cuántico (bosones) en equilibrio térmico.
Condensado Bose-Einstein
La imagen más famosa de la formación del condensado de Bose-Einstein es una imagen que recoge los datos tomados por estos científicos a medida que la temperatura decrecía.
Se muestran dos casos.
En el primero (el de la izquierda) se encuentra un sistema con átomos en diferentes estados vibratorios. Por eso tienen distintas ondas asociadas a diferentes velocidades. La cubeta de abajo representa el sistema, las franjas horizontales representan los diferentes estados energéticos y los puntos son los átomos situados en estos distintos estados.
Segundo Caso
El segundo sistema (el de la derecha) representa un conjunto de átomos que han sido enfriados hasta llegar a formar un condensado de Bose-Einstein. Todos los átomos tienen la energía más baja del sistema.
Ejemplos de Particulas
Los tamaños obtenidos de CBE más grandes son del tamaño de una pepita de melón. En la generación de un condensado de Bose-Einstein, como aún suele haber átomos normales alrededor, el condensado suele mostrarse como si fuera la semilla dentro de una cereza.
domingo, 11 de noviembre de 2012
Condensado Bose-Einstein Explicación
Condensado Bose-Einstein Explicación
Una pequeña explicación para entender mejor el concepto.
Rotating Bose-Einstein-Condensate in a Harmonic trap
Rotating Bose-Einstein-Condensate in a
Harmonic trap
Primeros desarrollos
En la década de 1920, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein publican conjuntamente un artículo científico acerca de los fotones de luz y sus propiedades. Bose describe ciertas reglas para determinar si dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes. Esta se llama la Estadística de Bose (o a veces la Estadística de Bose-Einstein). Einstein aplica estas reglas a los átomos preguntándose cómo se comportarían los átomos de un gas si se les aplicasen estas reglas. Así descubre los efectos que vienen del hecho de que a muy bajas temperaturas la mayoría de los átomos están al mismo estado cuántico, que sería el menos energético posible.
Imagínese una taza de té caliente, las partículas que contiene circulan por toda la taza. Sin embargo cuando se enfría y queda en reposo, las partículas tienden a ir en reposo hacia el fondo. Análogamente, las partículas a temperatura ambiente se encuentran a muchos niveles diferentes de energía. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, una gran proporción de éstas alcanza a la vez el nivel más bajo de energía, el estado fundamental.
La agrupación de partículas en ese nivel inferior se le llama Condensado de Bose-Einstein (BEC), porque la demostración está hecha de acuerdo con las ecuaciones de Einstein. Lo que seguramente no pudo imaginar es lo extraño que se vería una masa de materia con todos sus átomos en un solo nivel. Esto significa que todos los átomos son absolutamente iguales. No hay medida que pueda diferenciar uno de otro. Se trata de un estado de coherencia cuántica microscópico.
Método de obtención
El
Condensado de Bose- Einstein existió
en el laboratorio del Instituto nacional de Estándares y Tecnología, a la vista
de sus creadores y de una cámara de vídeo, durante quince
minutos, hasta que se derritió, de allí el nombre humorístico de “cubo de hielo
cuántico¨.
Quienes
lo vieron dijeron que recordaba a una cereza con una picadura de insecto, salvo
que su diámetro es de dos cien millonésimas de milímetro.
Para
crearlo, los doctores Eric Cornell y Carl Wieman se valieron de una
nube de átomos de rubidio, cuya temperatura se bajó mediante la aplicación de
una técnica conocida como enfriamiento láser y de dos campos magnéticos.
Ello
produjo una temperatura que nunca antes se había alcanzado en ningún
laboratorio del mundo: 180 grados Nano kelvin (nK) o, lo que es lo
mismo, una mil millonésima de grados por encima del cero absoluto.(-270°C)
Historia
Origen
Condensado
de Bose- Einstein también se originó a partir de un gas, pero al que se enfrió
a una temperatura cercana al cero absoluto.
Los
átomos de dicho gas perdieron entonces energía, frenándose y uniéndose entre
sí, para dar origen a una especie de “superátomo”,
mucho más denso que el estado sólido.
Los
científicos establecieron la existencia de un cuarto estado, al que bautizaron
con el nombre de plasma, y todo quedo en suspenso hasta que en la segunda mitad
del 1995, se
anunció la creación en laboratorio de un quinto estado, cuya existencia la
habían predicho, en 1925, el
físico germano_ estadounidense Albert Einstein y
su colega de la India Satvendra Nath Bose.
Precisamente
en honor de estos dos científicos, ese quinto estado en que se ha presentado la
materia antes los ojos humanos ha sido bautizado como Condesado de Bose_
Einstein, aunque una parte de la comunidad científica mundial prefiere llamarlo
“cubo de hielo cuántico”.
Mas Información
El volumen ocupado por un átomo tan frío, es decir, la distribución de probabilidad de encontrarlo, es tan ancha (ver figura 4) que los átomos de la trampa se superponen y se unen, formando el CBE.
La temperatura es una medida del movimiento de los átomos de un sistema. Si lo que se desea es parar los átomos, deberemos bajar la temperatura lo máximo posible con el fin de alcanzar el valor más cercano al cero absoluto (0 K).
La temperatura más baja que se encuentra de forma natural en el universo es de 3 K, que corresponde a la radiación de fondo. Ésta es una radiación uniforme y de baja energía que se encuentra en cualquier dirección del universo.
Estados de la Materia
Los estados de la materia son:
Estado Sólido:
podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura.
Estado Líquido:
Estado Líquido:
los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido.
Estado Gaseoso:
Estado Gaseoso:
los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados.
Estado de Plasma:
Estado de Plasma:
sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.
Condensado de Bose-Einstein:
Condensado de Bose-Einstein:
todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. En la figura 1, la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico.
Condensado de Bose - Einstein
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.
No todos los átomos siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein. Sin embargo, los que lo hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el mismo nivel de energía.
Es difícil entender intuitivamente qué significa el Condensado de Bose-Einstein (CBE). En el CBE, todos los átomos se encuentran en el mismo lugar, aunque esto va en contra de todo lo que vemos a nuestro alrededor.
A las temperaturas increíblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa que los átomos pierden su identidad individual y se juntan en una masa común que algunos denominan superátomo.
Características
Por el teorema espín-estadística sabemos que la segunda y tercera característica son consecuencia necesaria de la primera.
Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho están compuestos de otras partículas. Por ejemplo, los núcleos de átomos de helio, bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aún cuando están compuestos por cuatro fermiones que, a su vez, no son elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energía.
Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.
Definición
En física de partículas, un bosón es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los fermiones). La denominación «bosón» fue dada en honor al físico indio Satyendra Nath Bose. Se caracterizan por:
- Tener un espín entero (0,1,2,...).
- No cumplen el principio de exclusión de Pauli y siguen la estadística de Bose-Einstein. Esto hace que presenten un fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein (el desarrollo de máseres y láseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones).
- La función de onda cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.
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