Sobre el quinto estado de agregación IED SAN JOSÉ DE CASTILLA. “

IED SAN JOSÉ DE CASTILLA.
“UN CAMINO PARA LA CONVIVENCIA Y LA COMUNICACIÓN EN RED CON EL MUNDO”
AREA CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL J. M Docente Stella Vásquez Ávila
Sobre el quinto estado de agregación
Karina Maldonado Portillo
Un hindú de apellido Bose y un ahora famoso Einstein fueron los
primeros que propusieron la existencia de un quinto estado de la
materia. Después del líquido, sólido, gaseoso y el plasma no se había
observado una forma distinta en que la materia pudiera “agregarse”,
hasta que en 1995 los investigadores Eric Cornell, Wolfgang Ketterle
y Carl Wieman lograron crear un nuevo estado de agregación, lo cual
les valió el Premio Nobel de Física en 2001. El hallazgo fue
denominado Condensado de Bose-Einstein (BEC), en honor a los
primeros que lo sugirieron.
Los haces inciden en los átomos para enfriarlos y crear un BEC.
NASA
Rosario Paredes Gutiérrez, investigadora del IFUNAM, dedicó su
ponencia al BEC titulada "Fluidos cuánticos: Condensación de Bose y la súper fluidez en fermiones y bosones”, como
parte del coloquio del Posgrado en Ciencias Físicas, en el cual explicó en qué consiste este estado de agregación y
cuáles son sus principales características.
En su charla, Paredes definió al BEC como “un sistema o un conglomerado de muchas partículas, tal que éstas tienen
mismos efectos cuánticos y muestran una estadística inherente al tipo de partícula que se esté tratando”. De esta forma,
los átomos se comportan como si fueran un gran átomo, lo que resulta en una nueva forma en que la materia puede
agruparse.
Los átomos están reunidos de diferentes maneras en cada estado: en el sólido, están acomodados en un volumen
pequeño, comprimidos sin poder moverse pero siguiendo una estructura rígida; en el líquido, están en un espacio más
grande en el que pueden desplazarse; mientras que en el gaseoso, los átomos tienen más espacio entre ellos.
En el plasma, que es lo que constituye al Sol y las estrellas, los átomos están separados en sus partículas individuales y
núcleos, como es muy parecido a un gas, el plasma ocupa un gran espacio pero está conformado de elementos
cargados eléctricamente.
En el Condensado de Bose-Einstein sucede que los átomos están en un mismo espacio pero con una característica
distintiva: todos actúan como uno solo.
Distribución de los átomos en los 5 estados de agregación de la materia. Imagen: Universidad de Valencia.
Este estado únicamente se logra a temperaturas muy bajas, tal vez las más bajas que hasta ahora se hayan conseguido
(cerca del cero absoluto). Paredes explica que para que los átomos lleguen a esa temperatura es necesario que los
átomos mantengan fija la densidad y al mismo tiempo se vaya disminuyendo su temperatura. En pocas palabras que se
mantengan juntos y fríos.
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Para crear un BEC es necesaria una caja de cristal en la que se crea un vacío perfecto -que consiste en extraer todo el
aire de la caja- para que los átomos se aíslen, no absorban calor y, con ello, disminuyan su temperatura. Después, se
introduce una pequeña cantidad de gas rubidio puro, cuyas propiedades (como las del cesio y el sodio) lo hacen enfriar
más fácilmente.
Posteriormente, se procede al enfriamiento de la caja a través de luz láser o enfriamiento por evaporación mediante
trampas magnéticas. Dentro de la caja se colocan las series de átomos de rubidio de tal forma que se entrecrucen entre
ellos.
Rosario Paredes explica que en el caso del enfriamiento por luz láser, se hacen incidir seis haces –uno por cada cara de
la caja- con la finalidad de que los átomos puedan absorber la radiación y al mismo tiempo sean capaces de emitir
fotones.
Luego suceden dos cosas paralelas: al mismo tiempo que los átomos emiten y absorben fotones, se va
creando un efecto Doppler que hace que haya una variación de frecuencia de los fotones emitidos en
función de si se alejan o se acercan. La misma densidad atómica, que los ‘junta’, obliga a los átomos a
frenar y disminuir su energía cinética (de movimiento), lo que da como resultado final su enfriamiento.
En 1995 se observó por primera vez un condensado de Bose-Einstein a partir de un átomo de sodio,
acontecimiento que ocurrió 70 años después de que los físicos lo predijeran en 1925. La doctora Paredes
explica que el sodio se considera un bosón porque la suma “total de sus electrones, protones y neutrones
es un número par”.
Paredes Gutiérrez afirmó que las investigaciones que recientemente fueron galardonadas con el Premio
Nobel de Física 2012 también tienen relación con los condensados de Bose-Eisntein, ya que enfriar átomos
también implica atraparlos en condiciones muy controladas dentro de una caja.
Por eso, dijo, el BEC es considerado “un laboratorio de la mecánica
cuántica” que permite manipular átomos inmovilizados a
temperaturas muy bajas.
Rosario Paredes en el coloquio del Posgrado en Ciencias Físicas, 8 de noviembre del
2012. Foto: Pedro Zaldívar Sánchez.
Actividad
1.
2.
3.
4.
Enumere y explique los cinco estados de la materia
En qué se diferencia el estado plasmático del estado BEC
Como se obtiene el Condensado de Bose-Einstein
Cuando fue observado por primera vez un BEC