A s t r o n o t í c i e s |
|
Els
condensats de Bose-Einstein una eina per l'estudi de les estrelles de
neutrons. 3 d'abril de 2002 ______________________________________________________ Les estrelles de neutrons, nanes blanques i forats negres, són formes extremes de la matèria que són dignes de investigar en el laboratori. Els investigadors estan experimenten amb una nova classe de matèria anomenada condensats de Bose-Einstein, i podrien haver trobat la forma de fer-ho. Els condensats de Bose-Einstein (BECs per les seves inicials en anglès) són ones de matèria que es formen quan àtoms molt freds s'uneixen per formar una sola "bombolla quàntica". Hi ha prop de deu milions d'àtoms en una gota de 0,1 mm de diàmetre. Els físics Eric Cornell (NIST), Carl Wieman (Universitat de Colorado) y Wolfgang Ketterle (MIT) -- els quals van compartir el Premi Nobel el 2001 en Física- van crear les primeres, a partir de vapors gasosos, al 1995. Els BEC i les estrelles de neutrons són distints. Els BEC són 100 mil vegades menys densos que l'aire, i són més freds que el espai interestelar. Mentre que les estrelles de neutrons pesen prop de100 milions de tones por centímetre cúbic, i el seu interior està 100 vegades més calent que el centre del Sol. El que tenen en comú es que els dos són superfluids (líquids que flueixen sense fricció o viscositat). Un exemple de superfluid es el heli-4 refredat a menys de 2,2o K (-271o C). Si en poséssim en una tassa aquest tipus de material, i la féssim girar lentament el heli del interior no giraria amb la tassa. Però els superfluids sí poden girar. Quan ho fan, passen fenòmens peculiars. "Els superfluids no poden girar com un cos rígid, per girar tenen que formar remolins", comenta Ketterle. Es diu que "el bucle del camp de velocitat te que ser zero". Aquest principi bàsic, és vàlid tan per els BEC com per les estrelles de neutrons. Durant el any 2001, continuant amb experiments semblants realitzats al 1999 per investigadors de Colorado, EE.UU. i França, Ketterle i col·leges del MIT decidiren fer girar un BEC i veure que passava. Ketterle va comentar que no havia pensat en les estrelles de neutrons quan va fer el experiment: "Els BEC són una nova clase de matèria, i volíem saber més d'ells. Al fer-los girar, els obliguem a que ens revelin les seves propietats". Simular l'interior de una estranya estrella va donar un caire inesperat al experiment. L'equip de Ketterle apuntà un raig làser giratori sobre el condensat, el qual era mantingut per magnetisme. Comparà el procés a "fer girar una pilota de ping-pong picant-la amb una ploma". Apareixen un conjunt de remolins. "Quan vam veure els vortex, la impressió ens deixà sense alè" recorda Ketterle. Altres investigadors havien vist aquest tipus de remolins avanç (en l'heli líquid i en els BEC) però mai tants al mateix temps. El conjunt de remolins quàntics eren exactament com els astrònoms havien sospitat, des de feia temps, com ho podien fer a l'interior de una estrella de neutrons. Mai ha vist vortex de superfluids dins de una estrella de neutrons, però hi ha bones raons per pensar que existeixen: Moltes estrelles de neutrons són púlsars, emeten un raig de radiació mentre giren. L'efecte es semblant al de un far: veiem un resplendor cada cop que el raig de llum apunta cap a nosaltres. Els polsos arriben tan regulars que rivalitzen amb els rellotges atòmics. En alguns casos, els púlsars "s'espatllen" com un rellotge barat que en secs comença a marxar més de pressa. Es possible que aquestes falles es deguessin a la formació o decaïment dels vortex de superfluids dins la estrella, o pot ser els vortex freguin contra la escorça de la estrella. Les possibilitats no acaben aquí: "Si els àtoms del Bec es poden atreure entre ells, llavors tot el condensat pot col·lapsar", afegeix Ketterle. "De fet hi ha persones que han dit que la física és la mateixa que la de una estrella de neutrons col·lapsen. Es com construir una estrella de neutrons en miniatura en una petita cambra de buit". Els investigadors estan aprenen a fer que els BEC col·lapsin en experiments de laboratori. Els BEC es formen amb la ajuda de trampes magnètiques. Carl Wieman i els seus col·legues del NIST van descobrir que poden fer que els àtoms dins d' un BEC s'atreguin o repel·lint entre sí "sintonitzant" el camp magnètic de la trampa. L'any passat, provant les dues: primer van fer que un BEC que s'auto-repel·li. S'expandí suaument, com s'esperava. Desprès, van fer un BEC lleument auto-atraien. Començà a encongir -- també com s'esperava -- però en sec explotà inesperadament. Mols del àtoms del BEC sortiren disparats cap en fora, uns en capes esfèriques i d'altres en prims sortidors, Part del material expulsat desaparegué completament, un misteri encara resolt. Altres van formar un nucli més petit en el mateix lloc que quan van condensar-se. Per un astrofísic això es mol semblant a una explosió de supernova. Per el que Wieman , la van anomenar: "Bosenova". Encara que l'explosió alliberà prou energia suficient com para augmentar la temperatura del condensat només una 200 mil milionèsima part d'un grau, una supernova real hauria sigut 1075 vegades més poderosa. Si els investigadors poden arribar a crear una estrella de neutrons en miniatura, també podrien aprendre a fer nanes blanques i forats negres. |
|||||
Els superfluids circulen al voltan de vortex quantitzats. Aquí els vortex estàn representats per pilars grocs; el flux de circulació al seu voltan és indicat per les fletxescado por flechas. [més informació]
