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Quinto estado de la materia
Estado gaseoso de la materia
En 1995, los investigadores lograron demostrar que se podía crear un quinto estado de la materia -el condensado de Bose-Einstein- a temperaturas muy bajas. Hasta hace poco, este estado de agregación sólo podía generarse utilizando aparatos de alto vacío en la Tierra y su duración era extremadamente corta debido a la gravedad. Sin embargo, un equipo de investigación alemán ha conseguido ahora generar y estudiar el condensado de Bose-Einstein utilizando un cohete espacial no tripulado.
Un equipo de investigación alemán ha conseguido ahora, por primera vez, generar y estudiar el condensado de Bose-Einstein a bordo de un cohete espacial no tripulado, y ha publicado los resultados de su investigación en la revista Nature.
Al enfriar los átomos, el movimiento de éstos disminuye y, al mismo tiempo, aumenta la longitud de onda de las partículas. Cerca del cero absoluto, se alcanza un estancamiento casi total y las funciones de onda (cada partícula se describe en la mecánica cuántica con su propia función de onda) de las partículas individuales se superponen. En este estado, todos los átomos del sistema tienen las mismas propiedades físicas: se comportan como un solo átomo o un superátomo.
Estado sólido de la materia
Fases electrónicasEstructura de banda electrónica – Plasma – Aislante – Aislante de Mott – Semiconductor – Semimetálico – Conductor – Superconductor – Termoeléctrico – Piezoeléctrico – Ferroeléctrico – Aislante topológico – Semiconductor sin espín
Un gas ideal de Bose es una fase mecánica cuántica de la materia, análoga a un gas ideal clásico. Está compuesto por bosones, que tienen un valor entero de espín, y obedecen a la estadística de Bose-Einstein. La mecánica estadística de los bosones fue desarrollada por Satyendra Nath Bose para un gas de fotones, y extendida a las partículas masivas por Albert Einstein, quien se dio cuenta de que un gas ideal de bosones formaría un condensado a una temperatura suficientemente baja, a diferencia de un gas ideal clásico. Este condensado se conoce como condensado de Bose-Einstein.
Los bosones son partículas mecánicas cuánticas que siguen la estadística de Bose-Einstein, o lo que es lo mismo, que poseen espín entero. Estas partículas pueden clasificarse como elementales: son el bosón de Higgs, el fotón, el gluón, el W/Z y el hipotético gravitón; o compuestas como el átomo de hidrógeno, el átomo de 16O, el núcleo de deuterio, los mesones, etc. Además, algunas cuasipartículas de sistemas más complejos también pueden considerarse bosones, como los plasmones (cuantos de ondas de densidad de carga).
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La estadística de partículas es una descripción particular de las partículas múltiples en la mecánica estadística. Un concepto clave de prerrequisito es el de conjunto estadístico (una idealización que comprende el espacio de estados posibles de un sistema, cada uno etiquetado con una probabilidad) que enfatiza las propiedades de un sistema grande como un todo a expensas del conocimiento de los parámetros de las partículas separadas. Cuando un conjunto describe un sistema de partículas con propiedades similares, su número se denomina número de partículas y se suele denotar por N.
En la mecánica clásica, todas las partículas (partículas fundamentales y compuestas, átomos, moléculas, electrones, etc.) del sistema se consideran distinguibles. Esto significa que las partículas individuales de un sistema pueden ser rastreadas. En consecuencia, cambiar las posiciones de cualquier par de partículas del sistema conduce a una configuración diferente del mismo. Además, no existe ninguna restricción para colocar más de una partícula en cualquier estado accesible para el sistema. Estas características de las posiciones clásicas se denominan estadísticas de Maxwell-Boltzmann.
Condensado bose-einstein
Con el lanzamiento y funcionamiento del Cold Atom Lab (CAL), la NASA ha establecido el estudio y desarrollo sostenido de las tecnologías cuánticas en órbita. Esta instalación de investigación versátil y multiusuario ha viajado más de 400 millones de kilómetros a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) desde junio de 2018, bajo la operación remota del Laboratorio de Propulsión a Chorro.
Utilizando el Laboratorio de Átomos Fríos del Laboratorio de Propulsión a Chorro, los astrónomos crearon materia exótica” a bordo de la Estación Espacial Internacional. Han informado sobre la producción de condensados de Bose-Einstein (BEC) de rubidio en un laboratorio de investigación en órbita terrestre, el Cold Atom Lab.
Es la primera vez que se observa en el espacio el quinto estado de la materia con rubidio. Este elemento químico comparte similitudes con el potasio metálico y el cesio metálico en cuanto a aspecto físico, suavidad y conductividad.
Un condensado de Bose-Einstein se produce cuando ciertos tipos de átomos se enfrían a temperaturas tan bajas que adoptan un estado unificado. Pero son increíblemente frágiles. La más mínima interacción con el mundo exterior es suficiente para calentarlos más allá de su umbral de condensación.
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