Ciencia Kanija

Condensado Bose-Einstein

“En los sistemas nanométricos muchas propiedades físicas están mucho más alteradas que en aquellos de sistema macroscópico. Por tanto, el estudio de estos sistemas a nanoescala, en general, es muy importante en el desarrollo de la física fundamental”, dice Keiya Shirahama a PhysOrg.com por correo electrónico.

Shirahama es profesor en la Universidad Keio en Tokio, Japón. Ha estado trabajando con la superfluidez durante 20 años, y está interesado en ver cómo trabaja a nanoescala. Junto con Keiichi Yamamoto y Yoshiyuki Shibayama, también de Keio, dice que, “nuestra investigación ha revelado un nuevo aspecto en la relación entre superfluidez y BEC”. Los resultados pueden verse en Physical Review Letters: “Thermodynamic Evidence for Nanoscale Bose-Einstein Condensation in 4He Confined in Nanoporous Media (Prueba termodinámica para condensados de Bose-Einstein a nanoescala en 4He confinados en un medio poroso)”.

Shirahama explica que, normalmente, la superfluidez está causada cuando se desarrolla la condensación Bose-Einstein (BEC). Las partículas – tales como las del helio líquido que usó el equipo de la Universidad de Keio en su experimento – se condensa en un único estado cuántico. “Generalmente se piensa que la superfluidez y el BEC tienen lugar exactamente a la misma temperatura”.

Pero este experimento encontró algo distinto: “Nuestro hallazgo, sin embargo, muestra claramente que en el helio a nanoescala, la superfluidez y el BEC tienen lugar a temperaturas distintas. Esto es bastante insólito”, dice Shirahama.

El experimento consistió en confinar helio a nanoescala en una nanoestructura compuesta por un material poroso. Cuando el equipo vio la superfluidez, quisieron verificar la presencia del BEC. “La detección de la superfluidez no implica observación del BEC, debido a que el primero es una propiedad dinámica, mientras que el segundo sólo puede detectarse mediante medidas termodinámicas o medios microscópicos tales como la dispersión de neutrones. Por lo que decidimos medir la capacidad de calor del helio nanométrico”.

Para probar la capacidad de calor, Shirahama y su equipo usaron el método adiabático. Aislaron el helio líquido – y el material nanoporoso — en un vacío. “Aplicamos algo de calor creando un flujo de corriente a un calentador asociado a la celda de muestra, y medimos el incremento de la temperatura. Analizando los datos dependientes del tiempo, podemos obtener la capacidad de calor”. Estas medidas, no obstante, se realizaron varias veces para obtener un conjunto de datos completo.

Una vez que se hizo esto, Shirahama y sus compañeros descubrieron que habían encontrado la primera evidencia de un estado de cristal Bose. Un estado de cristal Bose es un estado mayormente teórico en el cual un desorden provoca la localización del BEC. “Esto ha sido de gran interés teórico desde el trabajo original del Profesor Matthew Fisher y sus colaboradores en la UC en Santa Bárbara publicado en 1989″, dice Shirahama. “No obstante, ha habido algunos estudios experimentales…Nuestro helio a nanoescala puede ser el primer ejemplo de tales estados de cristal Bose”.

Este pronunciamiento subraya alguno de los otros usos que puede tener el trabajo de la Universidad de Keio. Fundamentalmente, las extensiones de este trabajo podrían llevar a una mayor comprensión tanto de la superfluidez como del desarrollo del BEC a nanoescala – y cómo difieren del desarrollo a escalas mayores.

“Otra posible aplicación de nuestro trabajo es para la física de los conocidos como superconductores de alta temperatura, o HTSC. En los HTSC hay un estado que muestra propiedades de superconducción sólo en la escala nanométrica. Es conocido como un estado de pseudohueco. Nuestro estado BEC a nanoescala guarda cierto parecido con el estado de pseudohueco de los HTSC”, señala Shirahama.

También existen aplicaciones prácticas para este trabajo. Shirahama dice que una aplicación futura podría estar en el desarrollo de dispositivos de interferencia cuántica.

Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 30 de mayo de 2008
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Esta entrada fue escrita el Lunes, 2 de junio de 2008 a las 11:06 am y archivada en Fí­sica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.