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HISTÓRICO: LA NASA LO CONFIRMÓ

Condensado, el quinto estado de la materia que Einstein y Bose descubrieron hace más de 100 años

Jue, 11/06/2020 - 1:23pm
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Por Urgente24

A través de la instalación Cold Atom Laboratory en la Estación Espacial Internacional, la NASA logró confirmar el estado condensado que descubrieron el físico alemán Albert Einstein y el matemático indio Satyendra Nath Bose.

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Se trata de un hallazgo histórico. La NASA acaba de crear el quinto estado de la materia en el espacio.

Se trata de condensado, que se suma al sólido, gaseoso, líquido y plasma.

La Estación Espacial Internacional (ISS), el sofisticado laboratorio que orbita a 400 km de altitud sobre la Tierra, alberga desde hace dos años un experimento del tamaño de un congelador llamado Cold Atom Lab (CAL).

En física, condensado de Bose-Einstein es el estado de la materia que se da en ciertos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto, que sería unos -273 °C

La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental. El condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico. Debido al principio de exclusión de Pauli, sólo las partículas bosónicas pueden tener este estado de agregación: si las partículas que se han enfriado son fermiones, lo que se encuentra es un líquido de Fermi.

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 condensado' 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.

Este jueves 11 de junio, el equipo de Robert Thompson, del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, presentó en un estudio publicado en Nature las características de los condensados generados en el espacio.

Su Laboratorio de Átomos Fríos (CAL) diseñó una instalación para la investigación de cuánticos ultrafríos en el entorno de microgravedad de la EEI y que se puso en órbita en el 2018.

"Este estado sólo se obtiene a las temperaturas más bajas y en las densidades más altas", explicó Jim Kohel, uno de los coautores del trabajo. "Entonces, el conjunto de átomos, que se pueden ver con una cámara, se comporta como una partícula individual. Se podría describir como átomos actuando de forma colectiva, como una onda".

Según los medios europeos que tuvieron acceso al contenido exclusivo de la revista, experimentos de este tipo proporcionan a los científicos una oportunidad única para estudiar propiedades fundamentales de la mecánica cuántica. El problema es que, en la Tierra, cualquier análisis de precisión sobre este estado de la materia se ve obstaculizado por la propia atracción gravitatoria del planeta.

"Una de las cosas que nos permite enfriar los átomos más allá del punto en el que se produce la condensación Bose-Einstein es que podemos debilitar la trampa", explica Robert Thompson, uno de los investigadores del proyecto. "Eso permite que la nube atómica se expanda y, a medida que se expande, se enfría. Es algo similar a lo que sucede cuando se utiliza una lata de aerosol, ya que al rociar el gas de su interior se expande, enfriando la lata". De momento, se ha logrado alcanzar una temperatura de una diezmillonésima de grado por encima de cero absoluto, convirtiéndolo en el objeto más frío -que se conozca- en el espacio (en la Tierra el récord lo consiguió el MIT), agregó El Mundo.

En la Tierra, los átomos comienzan a caer inmediatamente por la fuerza de atracción gravitatoria y por lo general golpean la parte inferior del instrumento en una fracción de segundo, limitando así el tiempo de observación. Y un tiempo de observación más largo se traduce en una mayor precisión en las mediciones.“En el espacio, básicamente estás limitado por cuánto puedes lograr enfriar tus átomos, y esperamos alcanzar más de cinco segundos en el CAL, y tal vez mucho más tiempo en futuras misiones”. Por el momento han conseguido superar el segundo, siguió La Vanguardia.