Estoy investigando sobre bajas temperaturas, cerca del cero absoluto y, en particular, sobre el condensado de Bose Einstein. Hay mucha información de investigación, pero es confusa y no se explica.
Técnicamente, un BEC se forma a partir de un gas o líquido en algún lugar por debajo de 1K. Los únicos tres elementos que aún podrían estar en estado líquido a <1k son Helio, Hidrógeno y Neón. El hidrógeno y el neón tendrían que estar a una presión inferior a la atmosférica. Entonces, estos son los únicos tres elementos que pueden convertirse en BEC en su estado natural.
La mayoría de los experimentos que utilizan otros elementos, no se encuentran en su estado natural, sino que se realizan utilizando un vapor no natural, de los átomos del elemento.
Me parece que el helio es el único elemento que naturalmente se convierte en un BEC, a presión atmosférica, pero incluso Wiki, cuando habla de las extrañas propiedades del helio, por debajo de su punto Lambda, no menciona que se convierta en un BEC.
Mis preguntas son:
Gracias
Clive Ballard
Un rápido Google sugiere que el punto triple del hidrógeno es 13,8 K y el punto triple del neón es 24,6 K, por lo que ninguno de los dos puede existir como líquido a temperaturas lo suficientemente bajas como para formar BEC.
Usa la palabra "natural" varias veces en su pregunta, pero no está claro qué significa. No hay nada especialmente natural en el estado líquido. Si cuenta el plasma en las estrellas como un gas, el estado más "natural" es un gas, bueno, supongo que un plasma.
Respondiendo a sus preguntas específicas:
un BEC solo significa que la mayoría del sistema está en el estado cuántico más bajo. Cualquier gas o líquido hará esto si baja la temperatura lo suficiente, aunque el helio es el único elemento líquido a la temperatura requerida. Entonces, el helio se convierte en un BEC a baja temperatura. No estoy seguro de qué significan las cuestiones de naturalidad en este contexto.
El hidrógeno y el neón no permanecen líquidos a temperaturas lo suficientemente bajas como para formar un BEC. Se ha fabricado un BEC a partir de hidrógeno gaseoso (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v81/i18/p3811_1). No pude encontrar ninguna referencia a la condensación de Neon, pero esto puede deberse simplemente a que los experimentadores aún no se han dado cuenta.
El helio es el único BEC líquido conocido. Supongo que es el único BEC líquido posible, pero el universo es un lugar extraño, así que no apostaría mi vida en él.
La razón por la que no se llama BEC es porque el helio no está diluido, por lo que no es un gas puro. Las interacciones en el helio lo convierten en un BEC líquido, no en un BEC gaseoso, y tradicionalmente, cuando los átomos están empaquetados en estado líquido, la gente no lo llama BEC, sino superfluido. La descripción de un superfluido es con una función de onda de estado fundamental de densidad media constante, cuyas peturbaciones son variaciones de fase de longitud de onda larga, que dan un superflujo. Esto se describe en el trabajo He4 de Feynman de la década de 1950.
Un gas BEC diluido se describe mediante la ecuación de Gross-Pitaevsky, que es simplemente la ecuación de campo de Schrödinger en el límite de campo. Permite cambios de densidad de un punto a otro, y estas perturbaciones de densidad no son particularmente rígidas, ya que el gas está diluido, pero se describen mediante la ecuación de campo de Schrödinger.
A diferencia del He, el hidrógeno es una molécula y no formará un BEC, sino un cristal. El neón tiene demasiados electrones, las fuerzas atractivas de Van-Der-Waals conducirán a la cristalización, no a un fluido. Solo el helio es superfluido en el cero absoluto.
A pesar de esto, si toma átomos bosónicos diluidos, puede hacer un BEC que sea metaestable a la cristalización. Este procedimiento no se preocupa demasiado por el estado termodinámico estable, porque está explotando la dilución y la coherencia para crear un estado metaestable de larga duración.
Hasta ahora, la condensación de Bose-Einstein se ha realizado experimentalmente en gases diluidos de rubidio, sodio, litio, hidrógeno y helio metaestable. Los primeros tres son átomos alcalinos de bosones polarizados por espín [es necesario tener un espín distinto de cero en estos átomos para poder enfriarlos lo suficiente en las trampas magnéticas, por esta razón no se puede bajar la temperatura de los gases de neón lo suficiente como para poder para hacer enfriamiento evaporativo. No hay una prueba de principio de por qué un gas de neón no se condensaría si baja la temperatura lo suficiente, es solo que no hemos encontrado la manera de hacerlo]. El caso del Helio es diferente porque es el único de estos elementos que es líquido a las temperaturas de condensación. Esto también implicará superfluidez.
la temperatura de K de lo que hablas en tu pregunta es completamente arbitrario y no tiene nada que ver con la condensación del helio anterior. El helio es superfluido por debajo de la temperatura lambda, que es k
Tomáš Brauner