En la física de la materia condensada , un condensado de Bose-Einstein ( BEC ) es un estado de la materia que se forma típicamente cuando un gas de bosones a bajas densidades se enfría a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273,15 ° C o -459,67 ° F) . En tales condiciones, una gran fracción de bosones ocupa el estado cuántico más bajo , en cuyo punto los fenómenos microscópicos de la mecánica cuántica , en particular la interferencia de la función de onda , se hacen aparentes macroscópicamente.. Un BEC se forma enfriando un gas de densidad extremadamente baja (aproximadamente 100.000 veces menos denso que el aire normal ) a temperaturas ultrabajas.
Este estado fue predicho por primera vez, generalmente, en 1924-1925 por Albert Einstein [1] siguiendo y acreditando un artículo pionero de Satyendra Nath Bose sobre el nuevo campo ahora conocido como estadística cuántica . [2]
Bose envió por primera vez un artículo a Einstein sobre las estadísticas cuánticas de los cuantos de luz (ahora llamados fotones ), en el que derivó la ley de radiación cuántica de Planck sin ninguna referencia a la física clásica. Einstein quedó impresionado, tradujo él mismo el artículo del inglés al alemán y lo envió a Bose al Zeitschrift für Physik , que lo publicó en 1924. [3] (El manuscrito de Einstein, que alguna vez se creyó perdido, se encontró en una biblioteca de Leiden University en 2005. [4] ) Einstein luego extendió las ideas de Bose a la materia en otros dos artículos. [5] [6] El resultado de sus esfuerzos es el concepto de gas Bose, gobernado por las estadísticas de Bose-Einstein , que describe la distribución estadística de partículas idénticas con espín entero , ahora llamadas bosones . Bosones, partículas que incluyen el fotón y átomos como el helio-4 (4
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), pueden compartir un estado cuántico. Einstein propuso que enfriar los átomos bosónicos a una temperatura muy baja los haría caer (o "condensarse") en el estado cuántico más bajo accesible , dando como resultado una nueva forma de materia.
En 1938, Fritz London propuso el BEC como un mecanismo de superfluidez en4
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y superconductividad . [7] [8]
La búsqueda para producir un condensado de Bose-Einstein en el laboratorio fue estimulada por un artículo publicado en 1976 por dos directores de programa de la National Science Foundation (William Stwalley y Lewis Nosanow). [9] Esto llevó a la búsqueda inmediata de la idea por parte de cuatro grupos de investigación independientes; estos fueron dirigidos por Isaac Silvera (Universidad de Amsterdam), Walter Hardy (Universidad de Columbia Británica), Thomas Greytak (Instituto de Tecnología de Massachusetts) y David Lee (Universidad de Cornell). [10]
El 5 de junio de 1995, Eric Cornell y Carl Wieman produjeron el primer condensado gaseoso en el laboratorio NIST - JILA de la Universidad de Colorado en Boulder , en un gas de átomos de rubidio enfriado a 170 nanokelvins (nK). [11] Poco después, Wolfgang Ketterle en el MIT produjo un condensado de Bose-Einstein en un gas de átomos de sodio . Por sus logros, Cornell, Wieman y Ketterle recibieron el Premio Nobel de Física en 2001 . [12] Estos primeros estudios fundaron el campo de los átomos ultrafríos., y cientos de grupos de investigación alrededor del mundo ahora producen rutinariamente BEC de vapores atómicos diluidos en sus laboratorios.