Dei cinque stati in cui la materia può trovarsi, il condensato di Bose-Einstein è forse il più misterioso. Gas, liquidi, solidi e plasmi sono stati tutti ben studiati per decenni, se non secoli; I condensati di Bose-Einstein non sono stati creati in laboratorio fino agli 1990.

Un condensato di Bose-Einstein è un gruppo di atomi raffreddati a un capello di zero assoluto. Quando raggiungono quella temperatura gli atomi difficilmente si muovono l’uno rispetto all’altro; non hanno quasi energia libera per farlo., A quel punto, gli atomi iniziano a raggrupparsi e entrano negli stessi stati energetici. Diventano identici, da un punto di vista fisico, e l’intero gruppo inizia a comportarsi come se fosse un singolo atomo.

Per creare un condensato di Bose-Einstein, si inizia con una nuvola di gas diffuso. Molti esperimenti iniziano con atomi di rubidio. Poi si raffredda con i laser, utilizzando i raggi per togliere energia dagli atomi. Successivamente, per raffreddarli ulteriormente, gli scienziati usano il raffreddamento evaporativo., “Con a , si parte da uno stato disordinato, in cui l’energia cinetica è maggiore dell’energia potenziale”, ha detto Xuedong Hu, professore di fisica all’Università di Buffalo. “Lo raffreddi, ma non forma un reticolo come un solido.”

Invece, gli atomi cadono negli stessi stati quantici e non possono essere distinti l’uno dall’altro. A quel punto gli atomi iniziano a obbedire a quelle che vengono chiamate statistiche di Bose-Einstein, che di solito vengono applicate a particelle che non si possono distinguere, come i fotoni.,

Teoria&scoperta

I condensati di Bose-Einstein furono inizialmente predetti teoricamente da Satyendra Nath Bose (1894-1974), un fisico indiano che scoprì anche la particella subatomica a lui intitolata, il bosone. Bose stava lavorando su problemi statistici in meccanica quantistica, e ha inviato le sue idee ad Albert Einstein. Einstein li pensava abbastanza importanti da farli pubblicare. Come importante, Einstein vide che la matematica di Bose-in seguito nota come statistica di Bose — Einstein-poteva essere applicata agli atomi e alla luce.,

Ciò che i due hanno trovato è che ordinariamente, gli atomi devono avere determinate energie — in realtà uno dei fondamenti della meccanica quantistica è che l’energia di un atomo o di un’altra particella subatomica non può essere arbitraria. Questo è il motivo per cui gli elettroni, ad esempio, hanno “orbitali” discreti che devono occupare e perché emettono fotoni di lunghezze d’onda specifiche quando cadono da un orbitale, o livello di energia, a un altro. Ma raffreddare gli atomi entro miliardesimi di grado di zero assoluto e alcuni atomi cominciano a cadere nello stesso livello di energia, diventando indistinguibili.,

Ecco perché gli atomi in un condensato di Bose-Einstein si comportano come “super atomi.”Quando si cerca di misurare dove sono, invece di vedere atomi discreti si vede più di una palla sfocata.

Tutti gli altri stati della materia seguono il Principio di esclusione di Pauli, dal nome del fisico Wolfgang Pauli. Pauli (1900-1958) è stato un fisico austriaco nato svizzero e americano teorico e uno dei pionieri della quantistica physics.It dice che i fermioni — i tipi di particelle che compongono la materia-non possono essere in stati quantici identici., Questo è il motivo per cui quando due elettroni sono nello stesso orbitale, i loro spin devono essere opposti in modo da aggiungere fino a zero. Questo a sua volta è uno dei motivi per cui la chimica funziona come fa e uno dei motivi per cui gli atomi non possono occupare lo stesso spazio allo stesso tempo. I condensati di Bose-Einstein infrangono questa regola.