Prima del loro tempo
Per creare un BEC, i fisici devono raffreddare un gas diffuso di atomi—rubidio, in quel primo esperimento riuscito—a pochi milionesimi di Kelvin sopra lo zero assoluto. Questo non è un compito facile, e i ricercatori in genere si basano su due tecniche. La prima tecnica è il raffreddamento laser, che prevede lo streaming di laser da sei direzioni nel gas. Un atomo che si muove verso un laser assorbe un fotone e rallenta. Quindi rilascia un fotone in direzione casuale., Nel corso di molte ripetizioni di assorbimento ed emissione, il processo riduce la velocità degli atomi e quindi la temperatura.
Il secondo metodo prevede la scrematura degli atomi più caldi; si chiama raffreddamento evaporativo. Durante questa fase, una trappola magnetica trattiene gli atomi e gli atomi di energia superiore sono autorizzati a fuggire, abbassando l’energia complessiva, e quindi la temperatura, del campione.,
“Non c’è abbastanza tempo per esplorare tutte le cose interessanti che il sistema può rivelare”, afferma Sandro Stringari, fisico teorico dell’Università di Trento, in Italia, che studia i superfluidi in BEC e altri materiali. I superfluidi sono una fase della materia con zero viscosità e zero entropia, il che significa che fanno cose sorprendenti, come scalare i lati dei vasi dove sono tenuti. Il comportamento superfluido è stato a lungo associato a BECs, e la ricerca di Stringari sta prendendo in giro dove inizia uno e inizia l’altro. ” Non penso che tutto sia stato ancora sondato”, dice Prukakis., “Ci sono molte frontiere.”
I BEC sono nati da una lettera. Nel 1924, il fisico indiano Satyendra Nath Bose scrisse ad Albert Einstein, condividendo le sue intuizioni su una legge fisica esistente che descrive come luce e materia interagiscono. “Anche se un perfetto estraneo a te, non sento alcuna esitazione nel fare una tale richiesta”, ha scritto Bose. “Siamo tutti tuoi allievi, anche se solo con i tuoi insegnamenti, attraverso i tuoi scritti, possiamo trarre profitto “(7).
Nella sua lettera, Bose ha contestato la derivazione della legge, che ha usato metodi statistici tradizionali per descrivere il comportamento di particelle distinte., Ma la luce è trasportata dai fotoni, che possono essere descritti come particelle o onde. Bose ha descritto un nuovo approccio all’analisi di particelle come i fotoni. Ispirato, Einstein ha contribuito a far pubblicare il lavoro di Bose. La loro collaborazione ha portato a un nuovo strumento-Bose-Einstein statistiche-e la previsione di nuovi materiali, condensati Bose-Einstein.
Fare le cose, come si è scoperto, richiederebbe decenni. Questo è principalmente a causa della difficoltà di raggiungere temperature così basse. Nel 1937, i fisici scoprirono la superfluidità in un isotopo di elio raffreddato a 2.,2 Kelvin, e molti fisici hanno sostenuto che almeno una parte di un superfluido consisteva di BEC (8). Ma altri rimasero scettici e il dibattito continuò. In una riunione del 1993 sullo stato della ricerca BEC, alcuni fisici hanno persino sostenuto che i condensati quantistici erano effettivamente impossibili da realizzare; che anche se la teoria supportava la loro esistenza, lo stato avrebbe bisogno di tempo infinito per formarsi.,
La prima dimostrazione inequivocabile di un BEC è emersa 2 anni dopo quell’incontro, nel 1995, dai fisici Carl Wieman ed Eric Cornell a JILA (precedentemente noto come Joint Institute for Laboratory Astrophysics), un istituto di ricerca presso l’Università del Colorado, Boulder (9). Il primo BEC comprendeva un gas di atomi di rubidio. ” Questo ha aperto un nuovo campo nella fisica quantistica”, afferma Stringari. Nel giro di pochi mesi, il fisico Wolfgang Ketterle, presso il Massachusetts Institute of Technology, ha guidato il raggiungimento del BEC nel sodio., Nel 2001, Wieman, Cornell e Ketterle hanno condiviso il premio Nobel per la fisica per il loro lavoro innovativo.
Sono seguiti altri condensati. Nel 1998 i ricercatori hanno prodotto un BEC nell’idrogeno. Da allora, i fisici hanno creato BEC da atomi di altri metalli, tra cui litio, potassio, cesio, calcio, stronzio, cromo e itterbio. Hanno anche confermato che “Non c’è abbastanza tempo per esplorare tutte le cose interessanti che il sistema può rivelare.”- Sandro Stringarisuperfluid elio-4 ha una componente BEC, come è stato a lungo ipotizzato.,
I fisici continuano a sondare BECs, dice Prukakis, perché dopo decenni di messa a punto i loro metodi, gli esperimenti offrono un eccellente controllo del materiale, e rendendo BECs richiede attrezzature che possono essere acquistati senza rompere il budget di un laboratorio di ricerca. Le potenziali ricompense sono alte: esperimenti creativi isolano la fisica più interessante, mostrando nuove stranezze alla scala quantistica. ” Puoi manipolarli molto bene, sperimentalmente, e isolare la fisica più interessante”, afferma Prukakis.