condensado de Bose-Einstein (BEC), un estado de la materia en el que átomos separados o partículas subatómicas, enfriadas a casi cero absoluto (0 K, − 273.15 °C, o − 459.67 °F; K = kelvin), se unen en una sola entidad mecánica cuántica—es decir, una que puede ser descrita por una función de onda—en una escala casi macroscópica. Esta forma de materia fue predicha en 1924 por Albert Einstein sobre la base de las formulaciones cuánticas del físico Indio Satyendra Nath Bose.,
aunque se había predicho durante décadas, el primer BEC atómico se hizo solo en 1995, cuando Eric Cornell y Carl Wieman de JILA, una institución de investigación operada conjuntamente por el Instituto Nacional de estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado en Boulder, enfriaron un gas de átomos de rubidio a 1.7 × 10-7 K por encima del cero absoluto. Junto con Wolfgang Ketterle del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que creó un BEC con átomos de sodio, estos investigadores recibieron el Premio Nobel de Física 2001., La investigación sobre BECs ha ampliado la comprensión de la física cuántica y ha llevado al descubrimiento de nuevos efectos físicos.
la teoría de BEC se remonta a 1924, cuando Bose consideró cómo se comportan los grupos de fotones. Los fotones pertenecen a una de las dos grandes clases de partículas elementales o submicroscópicas definidas por si su espín cuántico es un entero no negativo (0, 1, 2, …) o un entero medio impar (1/2, 3/2, …). El primer tipo, llamado bosones, incluye fotones, cuyo espín es 1. Este último tipo, llamado fermiones, incluye electrones, cuyo espín es 1/2.,
como señaló Bose, las dos clases se comportan de manera diferente (ver estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac). De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, los fermiones tienden a evitarse entre sí, por lo que cada electrón en un grupo ocupa un estado cuántico separado (indicado por diferentes números cuánticos, como la energía del electrón). En contraste, un número ilimitado de bosones pueden tener el mismo estado de energía y compartir un solo estado cuántico.
Einstein pronto extendió el trabajo de Bose para mostrar que a temperaturas extremadamente bajas los «átomos bosónicos» con giros pares se fusionarían en un estado cuántico compartido con la energía más baja disponible. Los métodos necesarios para producir temperaturas lo suficientemente bajas como para probar la predicción de Einstein no se volvieron alcanzables, sin embargo, hasta la década de 1990. uno de los avances dependió de la novedosa técnica de enfriamiento y atrapamiento láser, en la que la presión de radiación de un rayo láser enfría y localiza átomos ralentizándolos., (Por este trabajo, el físico francés Claude Cohen-Tannoudji y los físicos estadounidenses Steven Chu y William D. Phillips compartieron el Premio Nobel de Física en 1997. El segundo avance dependía de mejoras en el confinamiento magnético para mantener los átomos en su lugar sin un contenedor de material. Usando estas técnicas, Cornell y Wieman lograron fusionar alrededor de 2.000 átomos individuales en una «superátomo», un condensado lo suficientemente grande como para observar con un microscopio, que mostraba propiedades cuánticas distintas. Como Wieman describió el logro ,» lo llevamos a una escala casi humana., Podemos poke y pincharla y mirar esto de una manera que nadie ha sido capaz de antes.»
Los BECs están relacionados con dos fenómenos notables de baja temperatura: la superfluidez, en la que cada uno de los isótopos de helio 3He y 4He forma un líquido que fluye con cero fricción; y la superconductividad, en la que los electrones se mueven a través de un material con cero resistencia eléctrica. Los átomos 4He son bosones, y aunque los átomos 3He y los electrones son fermiones, también pueden sufrir condensación Bose si se emparejan con espines opuestos para formar Estados bosónicos con espín neto cero., En 2003, Deborah Jin y sus colegas de JILA utilizaron fermiones emparejados para crear el primer condensado fermiónico atómico.
la investigación de BEC ha producido nuevas físicas atómicas y ópticas, como el láser Atómico Ketterle demostrado en 1996. Un láser de luz convencional emite un haz de fotones coherentes; todos están exactamente en fase y se pueden enfocar a un punto extremadamente pequeño y brillante. De manera similar, un láser atómico produce un haz coherente de átomos que puede enfocarse a alta intensidad., Las aplicaciones potenciales incluyen relojes atómicos más precisos y técnicas mejoradas para fabricar chips electrónicos o circuitos integrados.
la propiedad más intrigante de BECs es que pueden ralentizar la luz. En 1998 Lene Hau de la Universidad de Harvard y sus colegas ralentizaron la luz que viajaba a través de un BEC desde su velocidad en vacío de 3 × 108 metros por segundo a solo 17 metros por segundo, o aproximadamente 38 millas por hora. Desde entonces, Hau y otros han detenido por completo y almacenado un pulso de luz dentro de un BEC, más tarde liberando la luz Sin cambios o enviándola a un segundo BEC., Estas manipulaciones son prometedoras para los nuevos tipos de telecomunicaciones basadas en la luz, el almacenamiento óptico de datos y la computación cuántica, aunque los requisitos de baja temperatura de BECs ofrecen dificultades prácticas.