El condensado de Bose-Einstein — IV

En esta entrega sobre el condensado de Bose-Einstein vamos, por fin, a explicar qué es dicho condensado.  Usaremos conceptos que hemos introducido en las tres entradas anteriores:

El condensado de Bose-Einstein — I  Se introduce el concepto de longitud de onda asociada a una partícula siguiendo las ideas de de Broglie y se discute el propio concepto de partícula.  Es interesante ver cómo depende esta longitud de onda con la temperatura cuando estamos hablando de gases.

El condensado de Bose-Einstein — II   Aquí nos paramos a entender el principio (teorema) de indeterminación de Heisenberg y su relación la longitud de onda asociada a una partícula cuántica.

El condensado de Bose-Einstein — III  En esta entrada discutimos el espín y su principal consecuencia, la clasificación de las partículas en fermiones y bosones.

Con todos estos ingredientes ya estamos en disposición de cocinar un condensado de Bose-Einstein.

El condensado de Bose-Einstein — II

Continuamos con la presentación del condensado de Bose-Einstein que empezamos en la entrada anterior:

El condensado de Bose-Einstein — I

En ella hablamos del tamaño de las partículas y presentamos la longitud de onda asociada, la longitud de de Broglie.

En esta entrada nos ocuparemos del principio de indeterminación presentando sus características más fundamentales y más importantes en el tema que nos ocupa. ¿Vamos?

El condensado de Bose-Einstein — I

Gas, líquido, sólido, esos son los estados comunes de la materia.  Una misma sustancia dependiendo de los valores de presión y temperatura adquirirá un estado u otro y tendrá diferentes propiedades al encontrarse en uno de esos estados.  Esto no es en absoluto sorprendente ya que todos tenemos evidencia directa de estas fases de los materiales y de las transiciones de una a otra.  Resumiendo mucho, si la energía disponible es más alta los constituyentes de una sustancia tendrán más libertad de movimientos y por lo tanto podrá estar en estado líquido o gaseoso.

Esa no es toda la historia, hay más fases de la materia, nuevos estados que pueden tener las sustancias.  Un ejemplo conocido es el plasma, que no es más que un gas donde los electrones (algunos) de carga negativa se han separado de los núcleos de sus átomos de carga positiva.  Esta es una mezcla neutra en la que las cargas positivas y negativas no están ligadas, es una sopa donde los ingredientes son cargas eléctricas pululando por ahí. Podemos encontrar plasmas en muchos sitios, desde los tubos fluorescentes que nos iluminan hasta las propias estrellas.

Pero ahora me gustaría hablar de otro de esos imposibles físicos que se han conseguido encontrar, el condensado de Bose-Einstein.  Un estado de la materia importante por muchos motivos, quizás el más interesante es que depende en exclusiva de propiedades cuánticas y, de hecho, es un sistema puramente cuántico aunque tenga tamaño macroscópico.  Vamos a intentar mostrar por qué fue considerado un imposible, un poco de su historia y la física que encierra. Vamos con la primera entrega.

¿Ondículas? ¿Partícondas? ¿Fotografiando la dualidad onda-partícula?

Pues confirmando lo que llevo pensando mucho tiempo:

Basta decirle a un físico experimental que algo es imposible para que se empeñe en hacerlo y lo consiga.

La última travesura ha sido encontrar una forma en la que casi, casi, podemos decir que hemos fotografiado fotones mostrando su naturaleza ondulatoria y corpuscular simultáneamente.  Si buscas los detalles técnicos y tecnológicos:

Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field

Si uno se lee el artículo, yo lo he hecho y he sudado sangre, en realidad no encontrará una relación muy clara entre lo que dice el artículo con lo que están diciendo los titulares de que se ha fotografiado la dualidad onda-corpúsculo.  En realidad la cosa es más compleja y más interesante.

Pero bueno, vamos a explicar la noticia para los que estén con la mosca detrás de la oreja y sientan curiosidad.

A veces soy tan dual…

En la vida nos topamos muchas veces con problemas que desde nuestro punto de vista parecen muy difíciles o irresolubles. Luego suele llegar alguien y dar una solución certera simplemente porque ha cambiado de punto de vista.

En física y matemáticas tenemos situaciones de este tipo y resulta que al cambiar el punto de vista con el que afrontamos la solución de un problema este se vuelve manejable y resoluble. Un ingrediente básico de este hecho es lo que se conoce como dualidad.

En esta entrada daremos una explicación pedestre de qué es la dualidad y cómo nos puede ayudar a resolver problemas. Luego daremos ejemplos de esta dualidad, muy por encima, así estaremos preparados para discutir algunos hechos de las teorías físicas actuales.