Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo en el que vivimos se denominan estados de agregación de la materia, porque son las distintas maneras en que la materia se "agrega", distintas presentaciones de un conjunto de átomos. Los estados de la materia son cinco:
1. Sólido
2. Líquido
3. Gaseoso
4. Plasma
5. Condensado de Bose-Einstein
Los tres primeros son de sobra conocidos por todos nosotros y los encontramos en numerosas experiencia de nuestro día a día. El sólido lo experimentamos en los objetos que utilizamos, el líquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos.
El plasma es un estado que nos rodea, aunque lo experimentamos de forma indirecta. El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de gas donde los átomos o moléculas que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos. Así, el plasma es un estado parecido al gas, pero compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones. En muchos casos, el estado de plasma se genera por combustión.
El Sol situado en el centro de nuestro sistema solar está en estado de plasma, no es sólido, y los conocidos tubos fluorescentes contienen plasma en su interior (vapor de mercurio). Las luces de neón y las luces urbanas usan un principio similar. La ionosfera, que rodea la tierra a 70,80 km de la superficie terrestre, se encuentra también en estado de plasma. El viento solar, responsable de las deliciosas auroras boreales, es un plasma también.
En realidad, el 99% de la material conocida del universo se encuentra en estado de plasma. Aunque también es verdad que sólo conocemos el 10% de la material que compone el universo. Esto significa que el escaso 105 de materia que hemos estudiado, el 99% es plasma, o sea, casi todo es plasma en el universo.
Es interesante analizar que los griegos sostenían que el universo estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego. Haciendo un símil, podríamos asignar un elemento físico a cada elemento filosófico:
Aire - Gas
Agua - Líquido
Tierra - Sólido
Fuego - Plasma
¿Dónde podemos incluir el condensado de Bose - Einstein?
Condensado de Bose - Einstein
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.
No todos los átomos siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein. Sin embargo, los que lo hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el mismo nivel de energía.
Es difícil entender intuitivamente qué significa el Condensado de Bose-Einstein (CBE). En el CBE, todos los átomos se encuentran en el mismo lugar, aunque esto va en contra de todo lo que vemos a nuestro alrededor.
A las temperaturas increíblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa que los átomos pierden su identidad individual y se juntan en una masa común que algunos denominan superátomo.
Figura 1 
El la figura 1 hemos considerado una visión intuitiva de la estructura de un átomo representando el núcleo (formado por protones y neutrones) por una bolita maciza roja, y la corteza de electrones que lo rodean por una bola hueca roja también. La bola con un punto en el centro constituye un átomo completo eléctricamente neutro.
Estado Sólido: podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura.
Estado Líquido: los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido.
Estado Gaseoso: los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados.
Estado de Plasma: sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.
Condensado de Bose-Einstein: todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. En la figura 1, la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico.
Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.
Una explicación de cómo se forma el CBE es teniendo en cuenta que la temperatura de un sistema es una medida del movimiento de sus átomos.
Los átomos, como todas las partículas, son también ondas (dualidad onda-corpúsculo). Están moviéndose continuamente, y cuanto más lento se mueven, su longitud de onda es más larga.
Figura5 
En la figura 5 se muestran dos casos. En el primero (el de la izquierda) se encuentra un sistema con átomos en diferentes estados vibratorios, es decir, con diferentes energías. Por eso tienen distintas ondas asociadas a diferentes velocidades. La cubeta de abajo representa el sistema, las franjas horizontales representan los diferentes estados energéticos y los puntos son los átomos situados en estos distintos estados.
El segundo sistema (el de la derecha) representa un conjunto de átomos que han sido enfriados hasta llegar a formar un condensado de Bose-Einstein. Todos los átomos tienen la energía más baja del sistema.
Dado que para alcanzar el estado de CBE es necesario enfriar muchísimo los átomos, su velocidad disminuye hasta que su longitud de onda se hace tan larga que su onda es casi plana. En este punto, las ondas de todos los átomos enfriados se superponen, formando una única onda y alcanzando el estado de condensado de Bose-Einstein.
Por eso se dice que los átomos se encuentran en el mismo lugar, porque todos son descritos por una única onda.
Otra explicación se debe al principio de incertidumbre que enunció Heisenberg. Este principio afirma que no podemos conocer simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula o átomo.
En el cero absoluto (0 K), un átomo tiene velocidad cero, ya que no tiene temperatura y por tanto no se mueve. Esto hace que la posición donde se encuentra el átomo sea muy incierta, conocemos su velocidad exactamente, con lo que el átomo puede encontrarse en un volumen muy grande.
El volumen ocupado por un átomo tan frío, es decir, la distribución de probabilidad de encontrarlo, es tan ancha (ver figura 4) que los átomos de la trampa se superponen y se unen, formando el CBE.
figura 4 
La temperatura es una medida del movimiento de los átomos de un sistema. Si lo que se desea es parar los átomos, deberemos bajar la temperatura lo máximo posible con el fin de alcanzar el valor más cercano al cero absoluto (0 K).
La temperatura más baja que se encuentra de forma natural en el universo es de 3 K, que corresponde a la radiación de fondo. Ésta es una radiación uniforme y de baja energía que se encuentra en cualquier dirección del universo.
Para conseguir el CBE es necesario enfriar los átomos a una temperatura muchísimo menor. Normalmente se han usado átomos de rubidio o sodio y se han debido enfriar a una temperatura de 0,000 000 001 K !!!.
Después de 77 años de que fuera predicho el estado de CBE, Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman fueron galardonados en 2001 con el premio Nobel de Física por la obtención en 1995 de la condensación de Bose-Einstein utilizando gases atómicos diluidos, así como por sus estudios sobre las propiedades que muestra la materia cuando se encuentra en este estado.
Según declaraciones de Weiman (el constructor de la nevera que ha sido capaz de alcanzar los 0,000 000 001K), los átomos enfriados sufren esta transición al estado CBE que las ecuaciones dicen que pasa. Es como una propiedad de la materia y, a la vez, tan contrario a la intuición, que parece magia.
Algunas de estas propiedades que muestran los átomos en estado de CBE son las siguientes:
1. Los átomos están congelados, todo lo quietos que permiten las leyes de la mecánica cuántica. La interacción entre ellos es muy débil y entonces puede estudiarse el efecto que tiene sobre ellos la gravedad.
Los resultados muestran que estos átomos se caen como si fueran una roca (a escala atómica), pero siguen siendo un gas!! Se comportan como un sólido, pero no lo son... Por eso a veces al estado de CBE se le ha denominado hielo cuántico.
2. Los átomos son coherentes, forman una única onda, como la luz láser. Los átomos del CBE son a los normales como la luz láser a la de una bombilla casera.
3. Un grupo de átomos en CBE se comporta muy extrañamente ante la interacción con otro grupo de átomos diferente también en estado de CBE.
Cuando se pone 2 átomos normales uno encima del otro, se obtiene el doble de átomos. Hasta aquí, bien. Pero si se coloca un condensado de Bose-Einstein encima de otro, deja de haber átomos en esa región!!
Todas estas propiedades de la materia y otras en estado de CBE siguen siendo estudiadas. Actualmente existen en el mundo veinte grupos experimentales con capacidad para crear y manipular condensados de Bose-Einstein. Ya veremos qué nos depara todo esto.
Se ve como una pequeña masa en el fondo de una trampa magnética. Como una gota de agua que se condensa cuando se enfría el aire.
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Los tamaños obtenidos de CBE más grandes son del tamaño de una pepita de melón. En la generación de un condensado de Bose-Einstein, como aún suele haber átomos normales alrededor, el condensado suele mostrarse como si fuera la semilla dentro de una cereza.
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En principio, un condensado de Bose-Einstein se puede mirar con nuestros ojos en el experimento. Sin embargo, como suele ser pequeño, tendríamos que usar un microscopio e iluminar la muestra con luz, con lo que le volveríamos a comunicar energía (y por lo tanto temperatura), se calentarían y volverían a ser átomos normales de gas.
Como Weiman y Cornell lo vieron por primera vez fue apagando la máquina durante un instante y tomando una fotografía.
La imagen más famosa de la formación del condensado de Bose-Einstein es una imagen que recoge los datos tomados por estos científicos a medida que la temperatura decrecía.
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En la curva de la izquierda podemos ver diferentes colores que son átomos con distintas temperaturas. El color amarillo representa la temperatura más elevada, el verde una temperatura algo menor, el azul aún más frío y el blanco, que representa la temperatura más baja.
Al principio hay muchos átomos con temperatura alta pero, a medida que el sistema se va enfriando (de izquierda a derecha en la imagen), los átomos se van solapando, hasta que forman un único pico, que representa el momento en que hacen la transición de gas a condensado de Bose-Einstein.
Es muy difícil hablar de las aplicaciones de un tipo de estado en la materia que no ha sido suficientemente estudiado ni controlado. Sin embargo, ya se han comentado algunos usos:
- Láser de átomos: para construcción de nano-estructuras, es decir, objetos de un tamaño muy pequeño (de nanómetros).
- Relojes atómicos: para realizar medidas muy precisas del tiempo.
- Detección de la intensidad del campo gravitatorio: con el fin de buscar petróleo
Esperemos que un descubrimiento tan magnífico no sea utilizado una vez más para el enriquecimiento de grandes multinacionales, sino para avanzar en el camino del conocimiento de lo que nos rodea.
también es muy interesante, no esta en París, intentare visitarlo.
