Condensado de Bose-Einstein

Condensado de Bose-Einstein (BEC) é um estado da matéria que surge quando uma nuvem de um gás ultrarrarefeita e composta por bósons (partículas que têm spin inteiro) é refrigerada em temperaturas próximas do zero absoluto. Quando a matéria se encontra no estado de condensado de Bose-Einstein, todos os átomos passam a se comportar como um só.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Características do condensado de Bose-Einstein
• 2 - Teoria do condensado de Bose-Einstein
• 3 - Experimentos com o condensado de Bose-Einstein
• 4 - Aplicações tecnológicas do condensado de Bose-Einstein

Características do condensado de Bose-Einstein

As características dos condensados de Bose-Einstein são curiosas e um tanto quanto contraintuitivas, isto é, são pouco previsíveis. Trata-se do único estado da matéria em que as propriedades quânticas dos átomos podem ser observadas de forma macroscópica, ou seja, em grandes escalas.

Uma das características mais interessantes dos condensados de Bose-Einstein é a superfluidez, que é a capacidade de um fluido escoar sem nenhum atrito. Para tentar visualizar essa propriedade, imagine o seguinte: se você tentasse encher um copo com um superfluido, ele escoaria até o fundo do copo e, em seguida, subiria, por efeito da inércia, pelas paredes do copo, deixando-o novamente vazio.

Uma vez que no condensado de Bose-Einstein todos os átomos comportam-se como um único átomo (na linguagem da física quântica dissemos que todos têm exatamente a mesma função de onda), a adição de novos átomos ao condensado não aumenta o seu volume, o que contraria completamente nossas noções da física clássica.

Teoria do condensado de Bose-Einstein

A teoria do condensado de Bose-Einstein foi inicialmente desenvolvida pelo físico indiano Satyendra Nath Bose (1894-1974) bem como pelo renomado físico alemão Albert Einstein, por volta de 1925. Contudo, sua existência só foi comprovada 70 anos depois de sua proposição.

As partículas que hoje chamamos de bósons são assim nomeadas em homenagem ao físico que as descobriu (Bose) e que lançou as bases matemáticas da teoria usada para explicar o comportamento de um importante grupo de partículas fundamentais para a construção do modelo-padrão da física de partículas.

Experimentos com o condensado de Bose-Einstein

O primeiro experimento capaz de produzir um condensado de Bose-Einstein foi realizado no ano de 1995, na Universidade do Colorado, pelos físicos Eric Cornell e Carl Wieman. Hoje em dia, os experimentos bem como as tecnologias e os métodos de produção avançaram muito, entretanto, algumas etapas continuam sendo seguidas. Os experimentos usados para produzir os condensados de Bose-Einstein funcionam da seguinte maneira:

• Um gás extremamente rarefeito de partículas bosônicas (de spin inteiro) é preparado e colocado em uma região de campo magnético intenso, o que faz com que essas partículas fiquem aprisionadas em uma pequena região do espaço;

• Um laser atinge as partículas no sentido oposto ao seu movimento, fazendo com que elas percam cada vez mais velocidade;

• O campo magnético é lentamente reduzido, de modo que as partículas mais externas, e que se movam mais rapidamente, escapem. Esse processo, que se assemelha à condensação da água, resfria ainda mais as partículas internas, que ficam com temperaturas próximas do zero absoluto.

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Aplicações tecnológicas do condensado de Bose-Einstein

Você deve estar se perguntando para que serve o condensado de Bose-Einstein ou quais tecnologias poderão surgir por meio da manipulação desse estado artificial da matéria. A resposta para essa pergunta é incerta, no entanto, existem muitas possibilidades para o seu uso, confira algumas delas:

• Estudo da matéria condensada: Muitas pesquisas são feitas para tentarmos entender as propriedades de diferentes materiais que se encontram no estado sólido, no entanto, quando os pesquisadores precisam variar parâmetros (como distâncias entre átomos, ângulos, energias de ligação etc.), muito tempo e muitos recursos são utilizados, o que não ocorre com os condensados de Bose-Einstein, que podem ser livremente manipulados.

• Computação quântica: Espera-se que no futuro seja possível construir agrupamentos de muitos átomos no estado BEC para simular bits quânticos. Os bits são as unidades fundamentais de quaisquer computadores.