El documento describe el quinto estado de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein. Explica que a muy bajas temperaturas, los bosones pueden caer en un estado cuántico común de mínima energía, formando un condensado. También describe las propiedades de superfluidez y superconductividad que presentan estos condensados y algunas de sus posibles aplicaciones en ciencia y tecnología.

2. QUINTO ESTADO DE AGREGACION DE LA MATERIA
MARCO TEÓRICO
OBJETIVOS
• Aprender sobre las características y propiedades del quinto estado de la materia
• Conocer las posibles aplicaciones de este estado tanto en la ciencia como en la
tecnología
• Conocer los distintos acontecimientos que llevaron a este descubrimiento
científico.
• Incrementar nuestro conocimiento sobre la naturaleza y explicar los fenómenos
ocurren en la materia en condiciones extremas de temperatura.
INVESTIGACIÓN
Historia
En la década de 1920, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein publican conjuntamente un
artículo científico acerca de los fotones de luz y sus propiedades. Bose describe ciertas
reglas para determinar si dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes. Esta
se llama la Estadística de Bose (o a veces la Estadística de Bose-Einstein). Einstein aplica
estas reglas a los átomos preguntándose cómo se comportarían los átomos de un gas si
se les aplicasen estas reglas. Así descubre los efectos que vienen del hecho de que a muy
bajas temperaturas la mayoría de los á tomos están al mismo estado cuántico, que sería
el menos energético posible.
Tras algunos años de relativo estancamiento, en 1986 Bednorz y Müller descubrieron
que una familia de materiales cerámicos, los óxidos de cobre con estructura de
perovsquita, eran superconductores con temperaturas críticas superiores a 90 kelvin.
Estos materiales, conocidos como superconductores de alta temperatura, estimularon
un renovado interés en la investigación de la superconductividad. Como tema de la
investigación pura, estos materiales constituyen un nuevo fenómeno que no se explica
por las teorías actuales. Y, debido a que el estado superconductor persiste hasta
temperaturas más manejables, superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido,
muchas aplicaciones comerciales serían viables, sobre todo si se descubrieran
materiales con temperaturas críticas aún mayores.
Explicación del concepto (Condensado de Bose- Einstein)
A la agrupación de partículas en ese nivel inferior se le
llama Condensado de Bose-Einstein (BEC, por sus siglas en
Ingles), porque la demostración está hecha de acuerdo con
las ecuaciones de Einstein. En este estado, una masa de
materia con todos sus átomos en un solo nivel se vería algo
así (imagen derecha). Esto significa que todos los átomos
son absolutamente iguales. No hay medida que pueda diferenciar uno de otro. Se trata
de un estado de coherencia cuántica microscópico.

3. En física, el condensado de Bose-Einstein es el estado de agregación de la materia que
se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. La propiedad que lo caracteriza
es que una cantidad macroscópica de las partículas (Una cantidad notable a simple vista)
del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental. El
condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico (no se puede
explicar por los métodos clásicos). Debido al principio de exclusión de Pauli, sólo las
partículas bosónicas pueden tener este estado de agregación: si las partículas que se
han enfriado son fermiones, lo que se encuentra es un líquido de Fermi o condensado
de Fermiones (el cual es el Sexto estado de la materia). De forma más entendible, debido
a que el principio de exclusión de Pauli dice que dos fermiones no pueden ocupar el
mismo estado cuántico al mismo tiempo, es decir para que coexistan deben tener al
menos uno de sus números cuánticos diferente, los fermiones no podrían estar en este
estado de la materia, ya que como hemos mencionado anteriormente, en este estado
de la materia las partículas se encuentran en el mismo estado cuántico, el mínimo
estado energético, el fundamental, sin embargo los bosones pueden coexistir en el
mismo estado cuántico.
Explicación del fenómeno que ocurre al reducir la temperatura a nivel crítico
A medida que los átomos se enfrían, se
comportan más como ondas y menos como
partículas. Cuando se enfrían lo suficiente, sus
ondas se expanden y comienzan a solaparse, de
manera similar a lo que ocurre cuando se
condensa el vapor sobre una tapa al hervir. Las
moléculas de agua se agrupan para formar una
gota de agua, o condensado. Lo mismo ocurre
con los átomos, sólo que son sus ondas las que
se fusionan. Los condensados de Bose-Einstein
son similares a la luz láser. Sin embargo, en vez
ser los fotones (tipo de bosón) quienes se
comportan de modo uniforme, son los átomos que existen en una perfecta unión. Como
una gota de agua condensando, los átomos de baja energía se fusionan para formar una
masa densa e indistinguible. En 2011, los científicos recién están comenzando a estudiar
las propiedades desconocidas de los condensados de Bose-Einstein. Al igual que con la
luz láser, los científicos descubrirán, sin dudas, muchos usos que beneficiarán tanto a la
ciencia como a la humanidad.
La Superfluidez y Superconductividad, propiedades del condensado.
La superconductividad es una propiedad que adquieren los átomos de un material en
este estado de la materia. En ésta son los pares de Cooper (asociaciones de una pareja
de electrones, los mismos que son leptones, que a su vez son fermiones) los que se
comportan como un bosón y decae al nivel fundamental. La superconductividad está
caracterizada por la ausencia de resistencia eléctrica.

4. La superfluidez es otra propiedad de los condensados, por ejemplo el Helio cuando se
enfría se licúa, si seguimos enfriando los átomos de Helio (que son bosones) descienden
al nivel de mínima energía, el 0 Kelvin. Esto hace que los átomos no adquieran energía
por fricción, lo que hace que no se disipe energía por movimiento. El resultado es un
plano horizontal infinitamente estrecho; como lo que pasa en el interior de las
supernovas cuando su periodo vital se agota y se transforman en agujeros negros.
La resistividad eléctrica de un conductor metálico disminuye gradualmente a medida
que la temperatura se reduce. Sin embargo, en los conductores ordinarios, como el
cobre y la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor límite. Incluso cerca
de cero absoluto una muestra de cobre muestra una resistencia no nula. La resistencia
de un superconductor, en cambio, desciende bruscamente a cero cuando el material se
enfría por debajo de su temperatura crítica. Una corriente eléctrica que fluye en una
espiral de cable superconductor puede persistir indefinidamente sin fuente de
alimentación. Al igual que el ferromagnetismo y las líneas espectrales atómicas, la
superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica.
La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo
elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos
semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad no ocurre en metales
nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales ferromagnéticos.
Obtención en laboratorio
Eric Cornell y Carl Wieman lograron en 1995 por primera vez, enfriar átomos al más bajo
nivel de energía, menos de una millonésima de Kelvin por encima del cero absoluto, una
temperatura muy inferior a la mínima temperatura encontrada en el espacio exterior.
Utilizaron el método de enfriamiento por láser, haciendo que la luz rebote en los átomos
con más energía que su impacto sobre los mismos. Cuando los fotones rebotan en el
átomo, el electrón en el átomo que absorbe el fotón salta a un nivel superior de energía
y rápidamente salta de regreso a su nivel original, expulsando el fotón de nuevo,
logrando el descenso de su temperatura.
Para que ello suceda se necesita el color (o frecuencia) exacta de láser para la clase de
átomo a enfriar. Finalmente, la sustancia se enfría aún más con la evaporación
magnética de los átomos con más energía. Consiste en dejar escapar del confinamiento
magnético a los átomos más energéticos, que al hacerlo se llevan consigo más energía
de la que le corresponde, logrando así dejar dentro los de más baja temperatura.
Aplicaciones y perspectivas a futuro:
La condensación de Bose-Einstein se va perfilando como un nuevo campo de la Física
donde el control del comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre
un inmenso abanico de aplicaciones tales como el desarrollo de interferometría atómica
ultraprecisa, la obtención de relojes atómicos mucho más estables que los actuales, y el
empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras con extraordinaria precisión.
Recientemente el grupo de Colorado ha demostrado que en 85Rb es posible generar
fuerzas atómicas repulsivas y atractivas produciendo la disolución del condensado, lo

5. Que permitiría reproducir condiciones extremas cruciales para comprender algunos
procesos físicos que tienen lugar en el interior de las estrellas enanas, o incluso en la
vecindad de los agujeros negros.
Por otro lado ya ha comenzado la carrera por la creación de gases de átomos fermiónicos
cuánticamente degenerados, lo cual requiere también temperaturas ultrabajas. Si bien
los fermiones se comportan completamente distinto a los bosones, parecen constituir
una fuente igualmente excitante de la nueva física que se viene.
Las posibilidades que ofrecen este tipo de condensados son extraordinarias.
Últimamente, como ejemplo, se habla de un experimento que podría comprobar
algunas predicciones de la física de Supercuerdas, la rama de la física que intenta unificar
todas las fuerzas de la naturaleza.
Actualmente ya se consiguen condensados de más de 20 millones de átomos. Si
imaginamos un condensado con dos millones de átomos, haciendo incidir un láser
suficientemente localizado, podremos dividirlo en dos mitades y separarlas por
completo. Podríamos suponer que un millón de átomos están en un paquete y el resto
en el otro, pero la física cuántica nos dice que cada uno de los dos millones de átomos
está en los dos sitios a la vez, siempre que no intentemos medir su número en cada
paquete. Si lo hacemos destruiremos la coherencia entre las dos partes de la onda
atómica y tendremos que hablar de dos condensados completamente independientes.
EJEMPLOS
En junio de 1995, en el Instituto JILA (Joint
Institute for Laboratory Astrophysics) de,
Boulder, Colorado se creó una minúscula
gota formada por 2000 átomos de rubidio
enfriados hasta una temperatura de 100
milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto. Durante 10 segundos se consiguió que
perdieran su identidad individual y se comportaran como si fuesen un solo
“superátomo”. Sus ecuaciones de onda individuales, que describen su posición y
velocidad, se fundieron en una sola y los átomos se volvieron indistinguibles entre sí.
CONCLUSIONES
 El estado de Bose- Einstein es un estado de mínima energía denominado así ya
que se comprueba por las ecuaciones de Einstein, el mismo que las formulo
basándose en la Estadística de Bose
 El Condensado de Bose Einstein, se da solo en materiales con bosones, debido
a que estos pueden coexistir en el mismo estado cuántico.
 La Suprefluidez y superconductividad son propiedades del BEC
 El quinto estado de la materia es un estado del cual aún no se conoce mucho,
sin embargo sus múltiples aplicaciones podrían mejorar enormemente la vida
cotidiana, con múltiples beneficios ligados a la superfluidez y
superconductividad.