100 años después de que Bose y Einstein predijeran el quinto estado de la materia, hemos dado un paso enorme para entenderlo

Hace 100 años Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron que, llegado a un punto de frío cercano al cero absoluto las partículas que conforman un gas pasarían a compartir algunas propiedades y comportamientos. Los físicos tardaron 70 años en crear este estado, el condensado de Bose-Einstein (BEC).

Ahora, 30 años después, estamos descubriendo nuevas formas de trabajar con esta fase.

Condensado dipolar. Gracias a la creación de un condensado de Bose-Einstein dipolar a partir de moléculas de sodio-cesio (NaCs). Se trata de la primera vez que se logra un condensado con esta característica y puede abrir una nueva ventana de oportunidades en la física.

El “quinto estado” de la materia. Al  condensado de Bose-Einstein se lo denomina el “quinto estado” de la materia, después del sólido, líquido, gaseoso y plasma. Como explica el equipo responsable del estudio, el BEC se alcanza cuando la temperatura de las moléculas en un gas se vuelve tan baja que sus funciones de onda se solapan.

Cuando esto ocurre la materia cruza una transición de fase (de forma similar a transiciones más conocidas como la evaporación). Estos condensados facilitan el análisis de las propiedades cuánticas de la materia en una escala más manejable que la atómica.

Los primeros BEC creados fueron de gases atómicos (gases de rubidio o de sodio), pero a partir de 2008 los laboratorios comenzaron a generarlos a partir de moléculas diatómicas como el rubiduro de potasio.

Cinco nanokelvin sobre cero. El nuevo estudio se basa también en una molécula diatómica de sodio-cesio. Lograron enfriarla a una temperatura de cinco nanoKelvin, es decir, cinco milmillonésimas partes de un grado sobre el cero absoluto (0 K o -273,15º Celsius).

Enfriando con microondas. El año pasado el equipo responsable del estudio publicaba otro trabajo (en la revista Nature Physics) en el que sentaban las bases del “truco” que han utilizado para enfriar el gas a tales temperaturas. Este “truco” está (aunque suene contraintuitivo) en las microondas.

En este caso, las microondas no sirven para hacer vibrar y por tanto calentar las moléculas sino para evitar que unas choquen con otras. Así el equipo lograba eliminar las moléculas más calientes logrando que estas no chocaran con las más frías.

De esta forma solo las moléculas más frías se mantenían en el gas, “como soplar sobre una taza de café” comparaba el equipo. Fue así que lograron reducir la temperatura del gas lo suficiente como para alcanzar este cambio de fase. Los detalles de este nuevo trabajo han sido publicados en un artículo en la revista Nature.

Nuevas posibilidades. ¿Y todo esto para qué? Según explica el equipo, esta nueva técnica permite manipular la fuerza con la que queremos que las moléculas del BEC interactúen. Así sería posible emular interacciones cuánticas fuertes como las de los electrones.

Así se podrán explorar diversos fenómenos a esta escala, añaden, como nuevos tipos de superfluidos. También podría servir para convertir estos BEC en “simuladores” que recreen las propiedades cuánticas de otros materiales.

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Imagen | The Will Lab/Myles Marshall