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El condensado de Bose-Einstein — I

Ice cube

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.

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¿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.

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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.

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Partícula, ¿eres tú?

KineticsCCasi todos tenemos en la cabeza una idea de qué es una partícula. Al menos sabemos que cosas no son partículas. Y como buenos aficionados y estudiosos de la ciencia, particularmente <– ojo al chiste –, a la física habremos leído y escuchado mil veces, lo menos, la palabra partícula.

Pues esta entrada está especialmente diseñada para compartir un quebradero de cabeza, yo soy mucho de compartir. Vamos a hablar del concepto de partícula en teoría cuántica de campos.  Así que agarraos que vienen curvas.

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Partículas, una persistente ilusión

Cuando hablamos de partículas en cuántica todo el mundo, insisto, todo el mundo piensa en términos de canicas. Aunque se nos repita por doquier que no se puede hablar de la forma de la partícula, que no se puede seguir su trayectoria, que si se comportan como ondas o como partículas según las circunstancias experimentales, etc, al final todos pensamos en electrones, quarks o bosones mensajeros como canicas por ahí moviéndose.

Está claro que cuando nos ponemos el traje de científico ponemos expresión circunspecta y decimos cosas gruesas y profundas como las anteriormente mencionadas. Pero eso no quita para que no podamos escapar de la imagen que hemos forjado durante años acerca de que las partículas son como bolitas que van por ahí tan ricamente.

En esta entrada vamos a acercarnos a la definición de partícula y nos llevaremos la sorpresa de que no hay una definición general, formal y totalmente aceptada de lo que entendemos por una partícula elemental. He de decir que mucho de lo que voy a exponer aquí son reflexiones personales y preguntas que no sé responder, así que cualquier corrección, ampliación o comentario será bienvenido.

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Dos rendijas para ti…

@RSEF_ ESP: El 10 de mayo de 1829 falleció Thomas Young, célebre por su experimento de la doble rendija#fisicaentuits 

Este me parece un motivo magnífico para hablar del experimento de la doble rendija de forma que podamos intuir los secretos que esconde.

Además, el señor Richard Feynman dijo de la versión de este experimento que vamos a explicar aquí:

A phenomenon which is impossible … to explain in any classical way, and which has in it the heart of quantum mechanics. In reality, it contains the only mystery of quantum mechanics

Un fenómeno que es imposible… de explicar de forma clásica, y que contiene en él el corazón de la mecánica cuántica. De hecho, contiene el único misterio de la mecánica cuántica

Me parece que es una motivación más que suficiente para dedicarle una entrada.  A ver si entre todos podemos entender por qué Feynman dijo esto de este experimento.

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