Il quinto stato della materia

Questo grafico rappresenta la variazione di densità di una nuvola di atomi che viene raffreddata (andando da sinistra verso destra) fino a temperature prossime allo zero assoluto. Possiamo vedere come al diminuire della temperatura nel grafico della densità emerga un picco che corrisponde alla formazione del Condensato di Bose-Einstein, il cosiddetto quinto stato della materia. Nel caso presente la formazione del Condensato di Bose-Einstein avviene alla temperatura di 130 nanoKelvin, ovvero meno di 1 Kelvin sopra lo zero assoluto.

Ma cos’è esattamente un Condensato di Bose-Einstein? Dunque innanzitutto è necessario considerare che le particelle conosciute sono divise in due categorie, i Fermioni e i Bosoni, a seconda che posseggano il numero quantico di spin semintero o intero, rispettivamente. Per dare un esempio esplicativo, protoni, neutroni ed elettroni sono Fermioni mentre i fotoni sono Bosoni.

Inoltre i Fermioni obbediscono alla Statistica di Fermi-Dirac mentre i Bosoni obbediscono alla Statistica di Bose-Einstein: queste sono delle distribuzioni statistiche relative agli stati energetici all’equilibrio termico, ovvero ci dicono quali stati energetici sono più probabili all’equilibrio per sistemi di Fermioni e Bosoni.

I Fermioni a differenza dei Bosoni obbediscono al Principio di Esclusione di Pauli che afferma che due Fermioni non possono trovarsi nello stesso stato quantico, ovvero non possono avere tutti gli stessi numeri quantici uguali.

Per questo motivo quando un gas di Fermioni viene raffreddato fino allo zero assoluto si avrà che solo un Fermione occuperà lo stato quantistico a più bassa energia: gli altri occuperanno via via gli stati ad energia più elevata. L’energia dello stato quantico più elevato occupato prende il nome di Energia di Fermi.

bose-fermi

Al contrario un gas di Bosoni quando viene raffreddato fino a temperature prossime allo zero assoluto collassa tutto nello stato quantico ad energia minore (stato fondamentale) dando vita al Condensato di Bose-Einstein. In questo stato della materia le caratteristiche quantistiche, proprie del mondo microscopico, emergono in sistemi macroscopici.

Per studiare le proprietà quantistiche dei Condensati di Bose-Einstein è stato realizzato dalla NASA il CAL – Cold Atom Laboratory, un laboratorio di atomi freddi che opererà a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

lugar-frio-Universo_PLYIMA20170309_0011_5

 

CAL, che è stato lanciato in orbita il 21 Maggio 2018 a bordo del veicolo di rifornimento spaziale Orbital ATK Cygnus, produrrà atomi ultra freddi a una temperatura perfino più bassa della temperatura media dello spazio profondo!

Inoltre sulla Stazione Spaziale Internazionale, in condizioni di microgravità, sarà possibile osservare i Condensati di Bose-Einstein evolvere liberamente per tempi maggiori (fino a 10 secondi) rispetto ai laboratori terrestri (frazioni di secondo), dove gli aggregati di Bosoni vengono trascinati verso il basso dalla forza di gravità.

CREDITI: NASA

Ti piace quello che scriviamo? Scopri qui come puoi sostenerci!

Che cosa sono e da dove vengono le comete?
Le comete sono degli oggetti con una lunga tradizione di osservazioni, che spesso si mescola alla storia, alla mitologia ed ai racconti popolari, a causa del loro aspetto spettacolare
ITER: Il primo magnete superconduttore completato e "made in Italy"
Oggi, 19 Maggio 2017 è avvenuta la presentazione del primo magnete superconduttore alla ASG Superconductors situata a La Spezia, dove è stato realizzato,
20 ottobre, il picco delle Orionidi, i frammenti della cometa di Halley
In agosto stiamo quasi tutti con il naso all'insù a contare le stelle cadenti di San Lorenzo. Tuttavia quello non è l'unico sciame osservabile durante
Guida ai Satelliti di Marte
Eccoci con il terzo appuntamento con le guide sui satelliti del Sistema Solare scritte dall’instancabile Alessandro Bologna, astrofilo divulgatore che si occupa della gestione della nostra
Uno per 14 e 14 per uno: osservato il megamerging di 14 galassie
Usando il Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un gruppo internazionale di astronomi è riuscito ad osservare l'incipit di un enorme scontro
Manuale di Fisica e Buone Maniere: recensione del libro

“Manuale di fisica e buone maniere” il racconto di occasioni perdute. Ambientato principalmente a Londra, il romanzo descrive il complesso rapporto sentimentale
L'Angolo dei Paradossi: Il dilemma del coccodrillo

Un coccodrillo aveva afferrato un bambino che stava giocando sulle rive del Nilo. La madre implorò il coccodrillo di restituirglielo. "Certo" disse il coccodrillo.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: