Crean el primer condensado de Bose-Einstein hecho de cuasipartículas

El condensado de Bose-Einstein es un estado exótico de la materia, a veces referido como el quinto estado de la materia, teniendo en cuenta que los otros cuatro son el sólido, el líquido, el gas y el plasma.

Las cuasipartículas también son exóticas, ya que no pueden contarse como partículas elementales pero poseen características propias de las partículas elementales, como por ejemplo carga y espín.

Durante décadas, se ha desconocido si sería posible lograr la condensación de Bose-Einstein con solo cuasipartículas del mismo modo que se consigue con las partículas reales, y ahora está claro que sí es posible.

El experimento pionero en el que se ha demostrado está llamado a tener una influencia significativa en el desarrollo de las tecnologías cuánticas, incluida la computación cuántica.

El logro es obra de Makoto Kuwata-Gonokami, Yusuke Morita y Kosuke Yoshioka, todos de la Universidad de Tokio en Japón.

Aunque los condensados de Bose-Einstein fueron predichos en el ámbito teórico a principios del siglo XX, no se consiguió crearlos en un laboratorio hasta 1995.

Y desde entonces, no es mucho lo que la comunidad científica ha conseguido averiguar sobre ellos.

Los condensados de Bose-Einstein se forman cuando un grupo de átomos se enfría hasta temperaturas de milmillonésimas de grado por encima de la temperatura más baja que permiten las leyes de la física, 273,15 grados centígrados bajo cero, y que se denomina “cero absoluto”.

Los investigadores suelen utilizar láseres y “trampas magnéticas” para reducir hasta casi el umbral del cero absoluto la temperatura de un gas.

Normalmente el gas empleado está compuesto por átomos de rubidio.

A esta temperatura ultrafría, los átomos apenas se mueven y comienzan a mostrar un comportamiento muy extraño.

Experimentan todos el mismo estado cuántico (casi como fotones coherentes en un láser) y empiezan a agruparse como un “superátomo“.

Los átomos se comportan esencialmente como si todos fuesen una sola partícula.

Actualmente, los condensados de Bose-Einstein siguen siendo objeto de mucha investigación básica, pero ya se atisba que tendrán muchas aplicaciones en computación cuántica.

La mayoría de los condensados de Bose-Einstein se fabrican a partir de gases diluidos de átomos ordinarios.

Pero hasta ahora, nunca se había conseguido un condensado de Bose-Einstein fabricado a partir de átomos exóticos.

Los átomos exóticos son átomos en los que una partícula subatómica, como un electrón o un protón, es sustituida por otra partícula subatómica que tiene la misma carga.

El positronio, por ejemplo, es un átomo exótico formado por un electrón y su antipartícula de carga positiva, un positrón.

Un “excitón” es otro ejemplo.

Cuando la luz incide en un semiconductor, la energía puede “excitar” a los electrones para que salten del nivel de valencia de un átomo a su nivel de conducción.

Estos electrones excitados fluyen entonces libremente en una corriente eléctrica, transformando en esencia la energía lumínica en energía eléctrica.

Cuando el electrón, cargado negativamente, realiza este salto, el espacio que abandona, o “hueco“, puede tratarse como si fuera una partícula cargada positivamente.

El electrón negativo y el hueco positivo se atraen y se unen.

Este par electrón-hueco combinados es una cuasipartícula eléctricamente neutra llamada excitón.

Una cuasipartícula es similar a una partícula pero sin ser ninguna de de las 17 partículas elementales del modelo estándar de la física de partículas.

De todos modos, puede tener propiedades de partícula elemental, como la carga y el espín.

La cuasipartícula excitón también puede describirse como un átomo exótico, ya que se trata de un átomo de hidrógeno al que se le ha sustituido su único protón positivo por un único hueco positivo.

Fuente: Nature Communications