Condensados de Bose-Einstein con Átomos de Rubidio

En 1924, Einstein señaló que los bosones podían "condensarse" en cantidades ilimitadas en un único estado fundamental, ya que se rigen por las estadísticas de Bose-Einstein, y no están limitados por el principio de exclusión de Pauli. Este estado de la materia se llamó condensado de Bose-Einstein. En los años siguientes, se prestó poca atención a esta posibilidad, salvo en el comportamiento del helio superfluido, y en la superconductividad.

La concesión del Premio Nobel de Física en 2001 a Cornell, Ketterle y Wieman por sus investigaciones en los condensados de Bose-Einstein, resalta el hecho de que ahora sean sujetos muy activos en la investigación. La parte del premio de Cornell y Wieman, procedió de sus estudios sobre el BEC (condensado de Bose-Einstein) del metal alcalino rubidio. El grupo de investigación de la Universidad de Colorado, Boulder, fue capaz de atrapar colecciones de alrededor de un millón de átomos de rubidio en estado condensado, con tiempos de vida de hasta 1000 segundos. Con el condensado, fueron capaces de demostrar excitaciones colectivas de los átomos. Demostraron, que persistían condensados de dos componentes de estados de espín 1,1 y 2,2. Un experimento demostró un estado de vórtice del BEC. Fueron capaces de demostrar y representar la imagen de un colapso "explosivo" de un BEC, a una temperatura de 200 nanokelvins, sobre una escala de tiempo de aproximadamente 5 ms.

El equipo de JILA, fue capaz de representar la imagen del BEC, cuando se enfrió desde 200 nanokelvin hasta una temperatura de 20 nK. El BEC coherente, surgió como un pico que representa un grupo de átomos con la misma velocidad, rodeado por un campo de átomos normales con velocidades aleatorias. El BEC representó unos 2000 átomos de rubidio.

Los condensados de Bose-Einstein se hacen con gases ultra-fríos, diluidos. Su observación marcó la culminación de un período de desarrollo de técnicas para lograr temperaturas muy bajas, y el confinamiento de átomos a esas temperaturas. El uso del enfriamiento por láser, y los métodos de captura de átomos ultra-fríos con trampas magnéticas, han producido temperaturas en el rango de nanokelvin. El equipo de JILA informó de que el enfriamiento por láser, consiguió una temperatura de 10 microkelvins. Unos 10 millones de átomos fueron atrapados por el enfriamiento láser, y luego, mantenidos en una trampa magnética. Se mantiene en su lugar por medio de un campo magnético cuadrupolar, pero ese campo tiene un "agujero" en él, que permite que los átomos escapen. Los investigadores de JILA idearon una manera de hacer girar el "agujero" a un ritmo que los átomos no podían seguir, sellando de manera efectiva el agujero. Las últimas etapas de refrigeración, implican la "evaporación" de los átomos más energéticos de la trampa magnética, dejando atrás una colección de átomos que es más fría y más densa.