Estados estяaиhos da matéria: Condensados de Bose-Einstein
Condensados de Bose-Einstein e observações
Para se observar a distribuição das velocidades dos átomos no sistema, a armadilha magnética é desligada. Os átomos encontram-se então livres e, como ainda têm uma velocidade residual, voam cada um para seu lado.
Depois de se terem afastado durante algum tempo, a nuvem é bastante maior e é mais fácil "fotografa-la" (para se tirar um instantâneo, aponta-se um raio laser na direcção da nuvem e mede-se a difracção deste).
As duas figuras seguintes mostram a distribuição das velocidades dos átomos da nuvem no momento em que esta foi libertada (em vez da distribuição espacial dos átomos).
Para T > Tc, os átomos estão distribuídos pelos vários níveis de energia do sistema e têm uma distribuição de velocidades de Maxwell-Boltzmann. Com o arrefecimento da nuvem, aparece um pico no seu centro. Este pico corresponde a átomos que mal se movem. Para T < Tc, a acumulação de átomos no estado de energia mais baixa dá origem a um pico pronunciado na gama das velocidades próximas de zero (os físicos chamam-lhe condensação no espaço dos momentos).
A equipa de Cornell e Wieman identificou a presença do condensado através da observação de um pico de densidade, no centro de uma distribuição térmica, que aumentava à medida que a temperatura diminuía. Para temperaturas da ordem dos 10 nK, quase todos os átomos de 87Rb se concentram no pico correspondente ao estado condensado.
O grupo de W Ketterlee, que prosseguia estudos paralelos com 23Na (um isótopo bosónico de outro metal alcalino), observou uns meses mais tarde um condensado com um número de átomos duas ordens de grandeza superior cf. video (source), o que lhes permitiu estudar as propriedades do BEC.
E depois das observações?
A física do BEC tem potencialmente um grande impacto quer em termos fundamentais, quer em termos das aplicações. O BEC é um novo estado da matéria, macroscopicamente coerente e, ao contrário do superfluido 4He, é controlável. Pode ser manipulado com luz e modulado com campos magnéticos. Questões fundamentais como a coerência quântica macroscópica aguardam agora um estudo detalhado.
Os átomos do BEC têm todos a mesma energia: estão num estado coerente. Se desligarmos a armadilha, os átomos cairão todos como um feixe monocromático ideal, criando um laser atómico. Do ponto de vista das aplicações, o laser atómico cf. video (source) é talvez uma das mais importantes. O grupo de Ketterle já construiu pulsos de matéria coerente, o equivalente a um feixe de laser pulsado, e as aplicações deste laser atómico em nanolitografia podem não estar muito longe.
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