Il condensato di Bose Einstein è emerso nel 1995 come esempio di un quinto stato della materia incredibilmente freddo, un superfluido. Il nostro universo è composto da gas, liquido, solido e plasma, ma la fisica prevede un’altra forma di materia che non esiste in natura. Le particelle nel condensato di Bose Einstein hanno la temperatura più fredda possibile, 0 gradi Kelvin o zero assoluto. Di conseguenza, le particelle in questo stato mostrano caratteristiche uniche, persino bizzarre.
Nel 1924, i fisici Satyendra Nath Bose e Albert Einstein teorizzarono che quest’altro stato della materia doveva essere possibile. Einstein espose le idee di Bose sul comportamento della luce quando agisce come onde e particelle. Ha applicato le strane statistiche che descrivevano come la luce può fondersi in un’unica entità (ora nota come laser) e si è chiesto come potrebbe avere un impatto sulle particelle con la massa. Ma erano molti anni dall’avere strumenti abbastanza sofisticati per testare la teoria delle particelle che si condensano in un nuovo stato.
Quando Carl Wieman ed Eric Cornell raffreddarono il rubidio-87 fino a un miliardesimo di grado di zero assoluto, nacque il condensato di Bose Einstein (BEC). Dovevano essere attenti e creativi per raffreddare queste particelle speciali, note come bosoni, usando una combinazione di laser e magneti. Per i loro sforzi, sono stati premiati con il Premio Nobel nel 2001. Non possiamo ancora raffreddare le particelle in modo tale che il loro movimento dovuto al calore si fermi del tutto (vero zero assoluto), ma portarle a meno di un milionesimo di grado Kelvin è sufficiente per dimostrare le proprietà del condensato di Bose Einstein.
Ciò che distingue i bosoni dalle altre particelle è il loro “spin” intero rispetto alle particelle regolari. Gli elettroni separati nei bosoni compositi tendono ad occupare lo stesso identico livello di energia allo stesso tempo, il che significa che gli atomi si sono coalizzati nella stessa esatta entità. Possiamo guardare questa singola unità e vedere un punto sfocato, invece di diversi atomi separati. Anche altri bosoni, come l’elio-4, possono essere forzati in un BEC.
Quando i bosoni collassano le loro identità in un’unica identità, ci mostrano visivamente la dualità onda-particella in un modo nuovo. BEC, con la sua somiglianza con i laser, potrebbe rivoluzionare alcune tecnologie. La loro caratteristica superfluidità fa sì che scorrano senza perdere energia per attrito, quindi sono un’efficiente fonte di energia. In futuro, potrebbero essere usati per incidere a livello nanometrico o accelerare la materia vicino alla velocità della luce.