Condensado de Bose-Einstein
El Condensado de Bose-Einstein es el estado de la materia que se da en algunos materiales a temperaturas bajas.
Mecanica cuantica
La Mecanica cuantica es la encargada de estudiar fenomenos como el condensado Bose-Einstein
Super fluido y super conductor
Un superfluido es aquel que fluye sin ninguna resistencia, es decir un flujo ideal.
miércoles, 25 de abril de 2012
Carl WIeman
20:16
lepiphiec
Físico americano, Premio Nobel de Física en 2001 por sus trabajos sobre los condensados de materia Bose-Einstein (BEC), nacido en 1951 en Corvallis, Oregón.
Obtuvo el doctorado en física en 1977 en la Universidad de Stanford (California) y en el momento de la concesión del Premio Nobel era profesor de física en la Universidad de Colorado en Boulder. Compartió el galardón con Eric A. Cornell, miembro de su equipo investigador, y con el alemán Wolfgang Ketterle, que trabajaba independientemente con su propio equipo en el MIT, "por conseguir la condensación Bose-Einstein en un gas diluido de átomos de sodio y por el estudio fundamental de las propiedades de los condensados".
Cornell y Wieman consiguieron por primera vez en 1995 producir un gas compuesto por unos 2.000 átomos de rubidio a una temperatura de tan sólo 0,00000002 grados Kelvin. A esta temperatura, y según lo predicho por los estudios Bose-Einstein, la energía de los átomos es ínfima, por lo que su longitud de onda, de la dualidad formulada por De Broglie, es lo suficientemente grande para que interactúe con la de los átomos vecinos.
Molécula de materia-antimateria hace su debut
20:11
lepiphiec
La primera molécula hecha de pares de materia-antimateria ha sido creada por físicos de los Estados Unidos. Apodada “dipositronio”, contiene dos electrones y dos positrones que están unidos casi de la misma forma que el hidrógeno molecular. Los investigadores afirman que la técnica podría mejorarse para hacer el primer condensado Bose-Einstein de materia-antimateria y finalmente el primer “láser de rayos-gamma de aniquilación”, que podría usarse para estudiar objetos tan pequeños como un núcleo atómico (Nature 449 195).
El Modelo Estándar de física de partículas dice que cada partícula tiene un homólogo de antimateria – el electrón, por ejemplo, está emparejado con el positivamente cargado positrón. Aunque los electrones y positrones se aniquilan entre sí, pueden unirse temporalmente para crear un átomo de positronio, que recuerda a un átomo de hidrógeno. En teoría, dos átomos de positronio podrían unirse para formar una molécula de dipositronio. Sin embargo, los físicos hallaron dificultades al crear cantidades detectables de dipositronio dado que es muy difícil conseguir los suficientes átomos en el mismo lugar para que reacciones y formen moléculas.
Cassidy dijo a physicsworld.com que él y Mills están trabajando ahora en la creación de un condensado Bose-Einstein (BEC) de positronio, en el cual todas las moléculas se fijen en el mismo estado cuántico. Los cálculos sugieren que el BEC podría hacerse aumentando la densidad del positronio en un factor de 1000 y enfriándolo a aproximadamente 15 K. Dice Cassidy que esto podría hacerse acumulando más positrones en la trampa y disparando un rayo más intenso en el silicio. Las mejoras en el mismo silicio podrían ayudar también, dice.
Albert Einstein
20:06
lepiphiec
Albert Einstein nació en la ciudad bávara de Ulm el 14
de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de
Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de Suabia. Al
siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció,
junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades
electrotécnicas de la época.
El pequeño Albert fue un
niño quieto y ensimismado, que tuvo un desarrollo intelectual lento. El
propio Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única
persona que elaborase una teoría como la de la relatividad: «un adulto
normal no se inquieta por los problemas que plantean el espacio y el
tiempo, pues considera que todo lo que hay que saber al respecto lo
conoce ya desde su primera infancia. Yo, por el contrario, he tenido un
desarrollo tan lento que no he empezado a plantearme preguntas sobre el
espacio y el tiempo hasta que he sido mayor».
Bibliografia y enlaces
20:02
lepiphiec
LandSil. LandSil: Física: Los cinco estados de la materia.
6 de Octubre de 2006. 21 de Abril de 2010
<http://www.landsil.com/Fisica/PMateria.htm>.
¿Cómo atrapar luz en un BEC?
19:55
lepiphiec
¿Es posible atrapar un haz de luz y
desacelerarlo a una velocidad visible por el ojo humano? Eso es algo que logro
la física danesa Lene Vestergaard Hau, de la Universidad de Harvard. Para ello,
usó un Condensado de Bose-Einstein y le disparó un haz de luz durante una
fracción de segundo. El resultado de esto fue que, dentro del condensado, el
haz de luz logró viajar a la velocidad de una bicicleta de velocidad,
aproximadamente a 17 metros por segundo. Este experimentos demostró
aplicaciones prácticas de este fenómeno para el desarrollo de computadoras cuánticas.
Boson de Higgs
19:53
lepiphiec
El Bosón de Higgs es una partícula teórica
extremadamente de comprender. En términos sencillos, es el encargado de darle
masa a todas las demás partículas. En el universo, existen 4 fuerzas distintas:
interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción
electromagnética e interacción
gravitacional.
Mediante experimentación, se ha demostrado
que la fuerza de interacción electromagnética es portada por los fotones en un
campo electromagético, pero existe una problemática: el fotón no tiene masa
(relativamente), mientras que dos tipos de bosones, el W y el Z, tienen una
masa extremadamente alta. Para ello, se postuló una teoría de acuerdo a la cual
cada una de las cuatro fuerzas es portada por una partícula, derivando de ahí
el Bosón de Higgs. Se cree que este bosón posee un campo de masa (llamado campo
de Higgs), al igual que el fotón posee un campo electromagnético, siendo el
responsable de darle masa a todas las demás partículas.
Esta teoría explica por qué el fotón no
tiene masa, y eso es porque no interactúa dentro del campo de Higgs. La
existencia del Bosón de Higgs puede ser demostrado con aceleradores de
partículas, como el LHC.
¿Los Condensados de Bose-Einstein se pueden dar naturalmente?
19:50
lepiphiec
Los BEC se han dado en experimentos de
laboratorio desde el último siglo, pero es posible también que se den en la
naturaleza. Este estado se presenta en condiciones extremas, como la
temperatura de casi 0 K, pero en el espacio es posible tener esas mismas
condiciones necesarias. Un ejemplo se encuentra en las enanas blancas o durante
las supernovas.
Las enanas blancas son el remanente del
núcleo de las estrellas, que después de implosionar, forman una estrella
sumamente densa, conocida como enana blanca. Estas estrellas dejan de producir
energía, por lo que sus temperaturas descienden drásticamente. En el núcleo de
estas estrellas es donde se presentan las condiciones de la existencia de
Condensados de Bose-Einstein. De hecho, el estudio de estos estados hace
posible entender el funcionamiento de las enanas blancas.
También se presentan durante las
supernovas. Las supernovas son la explosión de un tipo especial de estrella,
llamadas gigantes rojas. Al explotar, la presión a la que son sometidos los
materiales que las componían hacen posible la existencia de Condensados de
Bose-Einstein y de otros estados de agregación de la materia durante fracciones
extremadamente pequeñas de segundo.
Un ambiente más en el que fue posible la
existencia de estados de la materia raros fue en el tiempo de 1x10-36 segundos
después del Big Bang (conocido como la Época de Plank). En este momento,
existía tanta energía en el universo creado que las cuatro fuerzas de la
naturaleza (interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción
electromagnética e interacción gravitacional) eran una sola fuerza,
presentándose la posibilidad de existencia de partículas por el momento
teóricas y de estados de la materia que actualmente solamente se pueden dar en
laboratorios o en condiciones extremas.
Condensado de Bose-Einstein en un nivel atomico
19:48
lepiphiec
Un BEC (Condensado de Bose-Einstein, por
sus siglas en inglés) se presenta a temperaturas casi absolutas, por lo que los
átomos de las sustancias en este estado prácticamente no se mueven. En este estado
se considera que todos los átomos de las sustancias se vuelven uno mismo, pero
esto quiere decir que tienen el mismo estado mecánico-quántum. Esto quiere
decir que cada átomo es perfectamente idéntico a todos los demás, por lo que su
movimiento, traslación y rotación son todos iguales.
Esto implica que hay fricción casi nula
entre los átomos de los BEC. Esta propiedad ocasiona uno de los fenómenos más
interesantes de este estado de la materia: pueden atrapar la luz. La luz viaja
a velocidades extremas, pero cuando entra dentro de un BEC, su velocidad se
vuelve casi cero. Al atravesar todo el condensado, su velocidad regresa al
estado natural.
Los otros estados de la materia que nadie conoce
19:46
lepiphiec
El Condensado de Bose-Einstein es uno de
los estados de la materia que muy pocos conocen. Pero al igual que éste, hay
otros estados que se dan en temperaturas de casi 0 K:
·
Condensado de Fermi: Es
considerado el sexto estado de la materia. Es muy parecido al Condensado de
Bose-Einstein, solo que éste está formado por fermiones. Las propiedades
varían, comportándose como una onda y no como un átomo, los fermiones que lo
componen dan el espín completo (propiedad mecánica-quantum), es estable durante
muy poco tiempo y sus átomos no están en movimiento. Tiene la característica de
ser un superfluido.
·
Supersólido: El supersólido
está formado exclusivamente de helio-4, los cuales están congelados en una
película fina de cristales. Los supersólidos se comportan como sólidos y
fluidos a la vez, y una fracción de los átomos de helio-4 de su superficie se
mueven sin fricción alguna.
·
Materia extraña: Este estado de
la materia se llama también sopa de quarks y, como su nombre lo dice, está
formado por quarks. Los quarks son las partículas que componen los electrones,
protones y neutrones. La materia extraña sólo se da a presiones extremadamente
elevadas o extremadamente bajas, o a temperaturas de casi 0 K.
Hay otros estados de la materia que han
sido menos estudiados, tales como la materia degenerada, la materia débilmente
simétrica y el superfluido polaritón.
martes, 24 de abril de 2012
Nueva energia de fusión
9:13
lepiphiec
Investigadores aíslan un conjunto de átomos de positronio de espín polarizado o “puro” por primera vez.
El positronio es un sistema de vida corta en el cual un electrón y su antipartícula se unen entre sí. En 2007, físicos de la Universidad de California en Riverside crearon el positronio molecular,
una sustancia completamente nueva, en el laboratorio. Ahora han tenido
éxito al aislar por primera vez una muestra de átomos de positronio de
espín polarizado.
El espín es una propiedad fundamental e intrínseca de un electrón, y se refiere al momento angular del electrón. Los átomos de espín polarizado son átomos que están en el mismo estado de espín. Se necesita una colección de átomos de positronio de espín polarizado para crear una forma especial de materia, conocida como Condensado Bose-Einstein (BEC). El BEC, predicho en 1924 y creado en 1995, permite a los científicos estudiar átomos de una forma única.
De acuerdo con Mills y Cassidy, la nueva investigación podría llevar también a la generación de energía de fusión, que es la energía generada por las reacciones de fusión nuclear.
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El espín es una propiedad fundamental e intrínseca de un electrón, y se refiere al momento angular del electrón. Los átomos de espín polarizado son átomos que están en el mismo estado de espín. Se necesita una colección de átomos de positronio de espín polarizado para crear una forma especial de materia, conocida como Condensado Bose-Einstein (BEC). El BEC, predicho en 1924 y creado en 1995, permite a los científicos estudiar átomos de una forma única.
De acuerdo con Mills y Cassidy, la nueva investigación podría llevar también a la generación de energía de fusión, que es la energía generada por las reacciones de fusión nuclear.
Se crea condensado en caida libre
9:08
lepiphiec
Un experimento de condensado Bose–Einstein – con lásers y todo – se ha dejado caer repetidamente desde una altura de 146 m. Diseñado por un equipo internacional de físicos, el experimento ha mostrado que los delicados sistemas cuánticos de múltiples partículas pueden crearse y analizarse en los entornos de microgravedad creados durante la caída libre. El resultado también sugiere que es posible lanzar experimentos similares al espacio, donde podrían comprobar las predicciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein.
Los condensados Bose–Einstein (BECs) se forman cuando átomos idénticos con espín entero son enfriados hasta que los átomos están en el mismo estado cuántico. Esto significa que un BEC consta de decenas de miles de átomos que se comportan como una única partícula cuántica. Los BECs pueden usarse en interferómetros de materia en los que una partícula cuántica se “divide” y se envía a lo largo de dos caminos distintos antes de recombinarse en un detector – de la misma forma que un pulso de luz en un interferómetro óptico. Aunque tales experimentos se han realizado con átomos aislados, su precisión se aumenta significativamente cuando se usa un BEC.
Dinamica cuantica- Colisiones exoticas
9:06
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Científicos del MPQ-LMU demuestran por primera vez interacciones exóticas multipartículas entre átomos ultra-fríos en un cristal artificial de luz.
A temperaturas extremadamente bajas, los átomos pueden agregarse en lo que se conoce como condensados Bose-Einstein formando ondas de materia coherentes similares a una luz láser. Debido a las interacciones entre átomos, surge una dinámica cuántica fundamental que da lugar a colapsos y auges periódicos en el campo de las ondas de materia. Un grupo de científicos liderado por el Profesor Immanuel Bloch, Catedrático de Física Experimental en la Universidad Ludwig-Maximilians (LMU) en Munich y Director de la División del Sistemas Cuánticos de Muchos Cuerpos en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, ha tenido éxito al echar un vistazo “tras bastidores” de las interacciones atómicas que revelan la compleja estructura de estas dinámicas cuánticas. Generando miles de BECs en miniatura ordenados en una red óptica, los investigadores fueron capaces de observar un gran número de ciclos de colapso y auge a lo largo de grandes periodos de tiempo. Los resultados experimentales implican que los átomos no sólo interactúan en pares – sino que también realizan colisiones exóticas que implican a tres, cuatro, o más átomos a la vez (Nature, DOI:10.1038/nature09036). Por una parte, estos resultados tienen una importancia fundamental para comprender los sistemas cuánticos de muchos cuerpos. Por otra, allanan el camino para la siguiente generación de nuevos estados exóticos de la materia, basándose en tales interacciones de múltiples cuerpos.
la luz superfluida es posible
9:03
lepiphiec
La superfluidez – la fase de la materia que permite que un fluido ascienda por las paredes de su contenedor – es conocida desde aproximadamente la década de 1930. Desde entonces, la superfluidez se ha convertido en uno de los principales ejemplos de cómo los efectos cuánticos se hacen visibles a escala macroscópica bajo ciertas condiciones. Aunque los físicos han considerado previamente la posibilidad de la luz superfluida, sus resultados habían sido inconcluyentes hasta el momento. En un nuevo estudio, físicos franceses han demostrado teóricamente que el movimiento superfluido de la luz es posible, y han propuesto un experimento para observar el fenómeno.
En su estudio, publicado en un reciente ejemplar de la revista Physical Review Letters, Patricio Leboeuf y Simon Moulieras de la Universidad de Paris-Sud y el CNRS explican que la superfluidez es la capacidad de un fluido de moverse con disipación o viscosidad cero. Un fluido se comporta como un superfluido sólo bajo cierta velocidad crítica; por encima de la velocidad crítica, la superfluidez desaparece. Más comúnmente demostrada en el helio líquido, la superfluidez tiene lugar cuando el helio se enfría y algunos átomos alcanzan su menor energía posible. En este punto, las funciones de onda cuántica de estos átomos empiezan a solaparse y a formar un condensado Bose-Einstein, en el cual todos los átomos se comportan como un único gran átomo, y su naturaleza cuántica se manifiesta a escala macroscópica.
En este estudio, Leboeuf y Moulieras han
demostrado que existe una velocidad crítica superfluida en un medio no
lineal. Explican cómo la luz superfluida puede observarse en un conjunto
de guías de onda. Desde un punto de vista dinámico, la luz que se
propaga a través de un medio no lineal es formalmente equivalente a un
gas Bose de partículas masivas interactuantes. La luz puede viajar recta
a través de las guías de onda en la dirección longitudinal, o puede
tunelizarse entre guías adyacentes en la dirección transversal. El
beneficio de esta configuración es que permite a los científicos diseñar
distintas características del conjunto y controlar el flujo de la luz.
Atomos ultrafrias alrededor circuito frio
9:00
lepiphiec
El primer circuito de átomos ultra-fríos
ha sido desvelado por físicos de los Estados Unidos. El equipo ya ha
demostrado cómo la corriente atómica del circuito puede controlarse con
precisión, y cree que podrían usarse circuitos similares en sensores de
rotación ultra-sensibles.
Anteriormente, los físicos habían creado
circuitos de helio superfluido – un estado líquido de viscosidad cero
que se produce a temperaturas por debajo de 2 K. Sin embargo, los
circuitos de átomos ultra-fríos mucho más diluidos son más interesantes
para los físicos debido a que las interacciones entre los átomos son más
débiles y fáciles de describir matemáticamente. Como resultado, los
ensamblajes de átomos ultra-fríos se usan rutinariamente para estudiar
la física de los sistemas cuánticos.
Kevin Wright y sus colegas del Joint Quantum Institute en Gaithersburg, Maryland crearon el circuito a partir de un condensado Bose-Einstein (BEC) de átomos de sodio. Los BECs se forman cuando átomos idénticos con espín entero se enfrían hasta que todos los átomos están en el mismo estado cuántico – y se comportan como una única partícula cuántica.
El equipo empezó enfriando mediante un
láser los átomos de sodio en un haz, y capturando aproximadamente mil
millones de ellos en una trampa magnética. La fuerza del campo que los
atrapa se reduce entonces para permitir que los átomos más energéticos
reboten, reduciendo así más la temperatura del resto de átomos. El
resultado es una colección de unos 300 000 átomos a una temperatura de
10 nK, que es lo bastante fría para formar un BEC.
La luz enfriada entra en una nueva fase
8:56
lepiphiec
La difusa línea divisoria entre luz y
átomos ha quedado aún más emborronada. Físicos cuánticos han creado el
primero condensado Bose-Einstein usando fotones – una hazaña que hasta
ahora sólo se creía que era posible para los átomos. La técnica podría
usarse para incrementar la eficiencia de las células solares y lásers.
Los condensados Bose-Einstein (BECs) son una extraña fase cuántica de la materia. Se propusieron por primera vez en la década de 1920 por parte de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quienes razonaron que, si ciertos átomos eran enfriados a una fracción del cero absoluto, los efectos cuánticos deberían tomar el mando. Como resultado, todos los átomos quedarían compactados en el mismo estado cuántico, por lo que “marcharían al paso”, comportándose colectivamente como si fuesen un súper-átomo, explica el físico cuántico Martin Weitz de la Universidad de Bonn en Alemania.
Los condensados Bose-Einstein (BECs) son una extraña fase cuántica de la materia. Se propusieron por primera vez en la década de 1920 por parte de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quienes razonaron que, si ciertos átomos eran enfriados a una fracción del cero absoluto, los efectos cuánticos deberían tomar el mando. Como resultado, todos los átomos quedarían compactados en el mismo estado cuántico, por lo que “marcharían al paso”, comportándose colectivamente como si fuesen un súper-átomo, explica el físico cuántico Martin Weitz de la Universidad de Bonn en Alemania.
En 1995, dos grupos experimentales produjeron independientemente los primeros ejemplos de BECs con átomos de rubidio y sodio1,2.
En teoría, los físicos sabían que debería también ser posible formar un
BEC con partículas de luz, o fotones. Pero en la práctica parecía casi
imposible, debido a que, al contrario que los átomos, el número de
fotones en un experimento no se conservaba. Esto significa que cuando
intentas enfriar los fotones, desaparecen del experimento, quedando
absorbidos por los átomos de alrededor en el aparato, dice Weitz. “Si
intentas enfriar una bombilla, se apaga – la luz simplemente desaparece –
y ese es el gran problema”, explica.
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