Condensação de Bose-Einstein: 70 anos da descoberta à realização. J. M. B Lopes dos Santos CFIF/IST Lisboa, 17 de Novembro 2005.

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1 Condensação de Bose-Einstein: 70 anos da descoberta à realização. J. M. B Lopes dos Santos CFIF/IST Lisboa, 17 de Novembro 2005

2 Plano Faculdade de CiênciasDepartamento de Física História Satyendranath Bose 1924 Albert Einstein 1925 Realização experimental Carl Wieman, Eric Cornell1995 O que é um condensado

3 Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Clássicas Bosões Contracção do espaço de fase: Estatística de Bose

4 Einstein e BEC Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Estado microscópico definido por ocupação de estados, p. Estado macroscópico definido por ocupação de níveis, n i

5 BEC Faculdade de CiênciasDepartamento de Física

6 BEC Faculdade de CiênciasDepartamento de Física A entropia é a mesma para N 0 bosões num só estado ou para uma dada ocupação de muitos estados: zero!

7 Porquê 70 anos? Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Solução: Sistema ainda mais diluído (T c ~ nK) para tornar gás meta-estável. Sistema não-interactivo Densidade baixa; Densidade baixa T c baixo; T baixo Solidificação Densidade alta

8 Arrefecimento Laser Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Feixes laser de sentidos opostos com frequência abaixo da ressonância (red-tuned).

9 Armadilhas (traps) magnéticas Faculdade de CiênciasDepartamento de Física TOP trap: campo quadupolar+ campo uniforme em rotação plano xy (kHz) Potencial harmónico

10 Arrefecimento por evaporação Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Como o campo não é uniforme, variar a frequência é variar a a posição onde é aberto o buraco. Esta posição varia à medida que T baixa. Soprar na sopa com um campo de radio-frequência.

11 Arrefecimento por evaporação Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Cornell & Wieman Rev. Mod. Phys. 74 875 (2002)

12 BEC em 1995 Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Eric Cornell Carl Wieman 1995 87 Rb Rev. Mod. Phys. 74 875 (2002) 1 H, 7 Li, 23 Na, 87 Rb, 85 Rb, 6 Li (fermião)

13 Para que servem? Faculdade de CiênciasDepartamento de Física 85 Rb http://www.ipst.umd.edu/chph/bec/ BECs são um recreio (playground), muito bem controlado para física fundamental e medidas de alta precisão.

14 Oscilador harmónico. Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Clássico: Quântico: fase aleatória.

15 Campos quânticos e partículas Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Modos normais são osciladores Quantificação Número de partículas definido fase de aleatória, mas correlacionada.

16 O que é um condensado? Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Interferência de modos Num BEC, um modo tem n ~O(N). Correlações de fase estendem-se a distâncias macroscópicas. A maneira mais simples de assegurar coerência de fase é assumir que: ( resultado exacto no gás uniforme! )

17 Estado coerente Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Densidade atómica ou um vácuo não uniforme, ? Partículas são excitações do campo, relativamente ao estado fundamental! Um sistema condensado tem um vácuo (vazio de partículas) com simetria de fase quebrada!

18 Mistério da estatística de Bose Estatística e campo Um conjunto de amplitudes de modos normais define um estado de um campo! …and the differences between distinguishable and indistinguishable state counting …express indirectly a certain hypothesis on the mutual influence of the molecules which for the time being is of a quite misterious nature. (Einstein 1925)

19 Coerência de fase Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Andrews et al, Science, 275,637 (1997)

20 Laser Atómico Faculdade de CiênciasDepartamento de Física Um feixe laser tem (estado coerente). O campo eléctrico é o campo quântico dos fotões. E.W. Hagley, et al., Science 283, 1706 (1999).Mewes et al. Phys. Rev. Lett. 78, 582-585 (1997)..

21 Bosenova A energias muito a baixas a secção eficaz de colisão entre dois átomos tem ressonâncias em função de campo magnético: Interacções sintonizáveis! Bosenova ou Bose-Bang?

22 Cornell and Wieman, Rev. Mod. Phys. 74,875 (2002) F. Dalfovo et al, Rev. Mod. Phys. 71,463 (1999) http://cua.mit.edu/ketterle_group/home.htm (MIT) http://cua.mit.edu/ketterle_group/home.htm http://physics.nist.gov/Divisions/Div842/Gp4/AtomOptics/ (NIST) http://physics.nist.gov/Divisions/Div842/Gp4/AtomOptics/ Pethick and Smith, Bose–Einstein Condensation in Dilute Gases, Cambridge University Press, 2001 A. Legget, Rev. Mod.Phys, 73, 307, 2001 Referências