Científicos del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), buscan por medio de una investigación obtener el condensado de Bose-Einstein, estudio ganador del Premio Nobel de Física 2001.
Los investigadores tratan de llevar una muestra de materia a una temperatura de mil millonésimos de grados Kelvin (K) arriba del cero absoluto, es decir, prácticamente cero, se informó en un comunicado del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
El doctor Jorge Seman detalló que es la primera vez que se intenta este experimento en México y se realizará en el Laboratorio Nacional de Materia Cuántica, en la ciudad de México.
La condensación de Bose-Einstein es un estado de la materia que puede presentarse en algunos objetos a temperaturas ultra frías, y que tiene un comportamiento cuántico observable macroscópicamente.
“Son muy escasos los objetos macroscópicos que solo pueden ser descritos a través de la mecánica cuántica”, expresó Seman.
El investigador añadió que el estudio directo de este comportamiento a nivel macroscópico es el objetivo de este ambicioso proyecto, pues para que dicho comportamiento cuántico se presente de manera macroscópica, la materia debe de encontrarse a una temperatura muy cercana de la más baja posible en el universo.
“No hay ningún lugar en el universo a esa temperatura. Este experimento permitirá alcanzar temperaturas de 100 nanokelvin, es decir, cien mil millonésimas de grado arriba del cero absoluto”, añadió.
El desafío experimental que este proyecto se considera muy grande, pues en la vida cotidiana sabemos que para enfriar un objeto se requiere ponerlo en contacto con algún otro que se encuentre a temperatura más baja, para así equiparar las temperaturas y llegar a un equilibrio térmico.
Sin embargo, en este experimento se quiere llevar a la muestra a las temperaturas más bajas del universo, por lo que es imposible contar con un objeto más frío para ponerlo en contacto con esta, por lo que es necesario el uso de técnicas especiales para poder realizarlo.
“El primer paso es construir un ambiente a ultra alto vacío, y lo único que habrá adentro serán los átomos de la muestra que quiero enfriar”, manifestó.
Para alcanzar este vacío primero se bombea todo el aire u otros componentes indeseables que se encuentren en el interior de la cámara; luego, para eliminar moléculas o partículas restantes, se hace uso de bombas iónicas las cuales, por medio de un campo eléctrico muy intenso que está dentro de ellas, romperán las moléculas.
Y una vez alcanzado el vacío deseado, se libera el material a enfriar, el cual es vapor de litio muy diluido.
Para enfriar la muestra de material se utiliza luz, pero dado a que a menudo esta es sinónimo de calor o temperatura, Seman explicó que bajo cierto nivel de control específico el fenómeno ocurrirá de forma contraria.
“El modo en que la luz calienta los objetos es porque transfiere energía a los átomos y estos, al moverse, generan calor. Sin embargo, si se tiene suficiente control sobre las propiedades de la luz, se puede hacer que la transferencia de energía ocurra contrariamente.
“La energía va a absorber la luz, pero al remitirla lo hará con más energía de la que absorbió. Así, la materia transfiere su energía a la luz y en consecuencia se enfriará”, expresó.
Una vez que el intercambio de energía entre la luz y los átomos de litio ocurrió, habrá un punto en el que se llegará a un equilibrio, es decir, la energía que el átomo pierde será igual a la energía que el átomo absorbe de la luz.
“En ese punto ya no hay intercambio de energía y la luz ya no es capaz de enfriar. Lo que hacemos después es apagar la luz, los átomos seguirán confinados en el recipiente magnético. El siguiente paso es una técnica llamada enfriamiento evaporativo”, abundó.
El investigador definió que una vez alcanzada la temperatura de 100 nanokelvin o 100 mil millonésimos de grado Kelvin arriba del cero absoluto, la materia sufre una transición de fase termodinámica, parecida a cuando enfriamos agua y se transforma en hielo.
En este caso, el vapor diluido se convierte en un condensado de Bose-Einstein.
“Al bajar la temperatura, la onda asociada a cada átomo va creciendo de tamaño. Ahora, lo que tienes es un gas que ya no está compuesto de partículas puntuales sino de ondas, las cuales se empiezan a superponer y sumar; conforme bajas la energía y la longitud de esa onda, va creciendo.
“Entonces llega un punto en que se superponen y forman una gran onda macroscópica de materia. Ese condensado seguirá estando conformado de átomos pero ahora comportándose como una sola onda; ese objeto tendrá entonces un comportamiento cuántico”, manifestó.
Una vez obtenido el condensado de Bose-Einstein de alrededor de 50 micras de tamaño, se podrán estudiar los fenómenos cuánticos macroscópicos que suceden a tan bajas temperaturas.
NTX
