Condensados de Bose-Einstein, a menudo llamado el "quinto estado de la materia, "se obtienen cuando los átomos se enfrían casi hasta el cero absoluto. En estas condiciones, las partículas ya no tienen energía libre para moverse en relación con otra, y algunas de estas partículas, llamados bosones, caen en los mismos estados cuánticos y no se pueden distinguir individualmente. En este punto, los átomos comienzan a obedecer lo que se conoce como estadísticas de Bose-Einstein, que generalmente se aplican a partículas idénticas. En un condensado de Bose-Einstein, todo el grupo de átomos se comporta como si fuera un solo átomo.
Los condensados de Bose-Einstein fueron predichos y calculados teóricamente por primera vez por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1924, pero no fue hasta 1995 que Eric A. Cornell, Carl E. Wieman y Wolfgang Ketterle lograron producir uno usando gas rubidio ultrafrío, por lo que los tres fueron galardonados con el Premio Nobel de Física de 2001.
Una investigación realizada por una colaboración internacional produjo recientemente el equivalente de un condensado de Bose-Einstein utilizando el compuesto químico cloruro de níquel. Más importante, El tratamiento teórico de los datos permitió a los investigadores obtener un conjunto de ecuaciones que se pueden aplicar a otros materiales que no se caracterizan como condensados de Bose-Einstein.
Armando Paduan Filho, Profesor Titular del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) en Brasil, participó en el estudio. "A temperaturas cercanas al cero absoluto y en presencia de un campo magnético muy intenso, El cloruro de níquel se comporta como un condensado de Bose-Einstein, de modo que las propiedades de un gran grupo de átomos se puedan describir usando una sola ecuación, una sola función de onda, "Dijo Paduan Filho.
Este descubrimiento hace posibles cálculos que de otro modo serían impracticables. Por ejemplo, el momento magnético de un cuerpo macroscópico teóricamente se puede calcular como la suma de los momentos magnéticos de sus átomos, pero en la práctica, este cálculo no es factible debido a la gran cantidad de átomos e interacciones involucradas. "Una forma de resolver el problema es utilizar las estadísticas de la mecánica cuántica. En este caso, tenemos que pensar en los átomos no como puntos o sólidos, sino como ondas, "Dijo Paduan Filho.
En bosones es decir., en materiales que obedecen a las estadísticas de Bose-Einstein, todas las ondas asociadas con las partículas de las que supuestamente consisten son iguales. Mientras tanto, cuanto menor es la temperatura de un material, cuanto más largas sean las longitudes de onda de sus partículas constituyentes, y a medida que la temperatura del material se acerca al cero absoluto, las longitudes de onda aumentan hasta que todas las ondas se superponen. "Así que tenemos una situación en la que todas las ondas son iguales y se superponen, y, por lo tanto, podemos representarlos a todos como una sola onda. Emisiones energéticas y eléctricas, magnético, térmico, Las propiedades luminosas y de otro tipo se pueden calcular mediante una única función de onda, " él explicó.
Cuando los investigadores estudiaron el cloruro de níquel, encontraron que cuando el material se enfría casi al cero absoluto y se somete a un fuerte campo magnético, sus átomos se comportaron como bosones y, por lo tanto, podría caracterizarse como un condensado de Bose-Einstein. "El hecho de que los átomos puedan percibirse como ondas es un hallazgo experimental que corrobora la teoría, mientras que decir que forman un condensado de Bose-Einstein proviene de aplicar un instrumento teórico para explicar las propiedades observadas, " él dijo.
Los físicos de la Universidad de São Paulo (USP) han estado investigando las propiedades magnéticas del cloruro de níquel durante más de una década. "En algunos materiales, los momentos magnéticos de los átomos son desordenados a temperatura ambiente pero ordenados cuando el material se enfría. Descubrimos que este orden no ocurre en el cloruro de níquel, pero a temperaturas muy bajas y en presencia de un campo magnético elevado, exhibe un momento magnético inducido, "Dijo Paduan Filho.
La investigación se llevó a cabo mediante la colaboración con varias instituciones extranjeras, como el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (NHMFL) en Los Alamos, ESTADOS UNIDOS, y la instalación francesa de nombre similar en Grenoble (LNCMI), entre otros. Estas asociaciones permitieron a los investigadores alcanzar temperaturas del orden de 1 milikelvin, una milésima de grado por encima del cero absoluto, y utilizar técnicas como la resonancia magnética nuclear (RMN) para estudiar la materia a escalas atómicas y subatómicas. Así es como los investigadores lograron caracterizar el cloruro de níquel ultrafrío como un condensado de Bose-Einstein.
"Además de estos experimentos, nuestra colaboración también produjo un trabajo teórico consistente, y llegamos a un conjunto de ecuaciones que, con algunas transposiciones, se puede aplicar a otros materiales además de los condensados, Paduan Filho dijo. El uso de estas ecuaciones ofrece excelentes perspectivas no solo para la investigación básica de la estructura de la materia, sino también para futuras aplicaciones tecnológicas, dado que muchos dispositivos cotidianos funcionan sobre la base de propiedades magnéticas.
