Estat fonamental (física)
El estat fonamental d'un sistema mecànica quàntic representa al seu estat d'energia més baix possible; l'energia de l'estat fonamental es coneix també com l'energia de punt zero del sistema. Per estat excitat s'entén a qualsevol estat en energia superior a la de l'estat fonamental. L'estat fonamental en teoria quàntica de camps es coneix comunament com buit quàntic o simplement buit.
Si existix més d'un estat fonamental, s'entén que són degenerados. Molts sistemes tenen estats fonamentals degenerados, tals com l'àtom d'hidrogen. Es desprén que la degeneració ocorre quan un operador unitari no trivial commuta en el Hamiltoniano del sistema.
D'acort en el tercer principi de la termodinàmica un sistema a temperatura de zero absolut es troba en el seu estat fonamental, ya que el seu entropía es determina per la degeneració de l'estat fonamental. Molts sistemes, tals com una estructura cristalina perfecta, tenen un estat fonamental únic, i per tant, tenen entropía zero quan es troben a zero absolut, ya que logaritmo d'1 és 0. També és possible per a l'estat de major excitació, tindre temperatura de zero absolut en els sistemes que exhibixen temperatura negativa.
L'estat fonamental i els condensados de Bose-Einstein
[editar | editar còdic]En 1995 Wolfgang Ketterle MIT, junt en E.A. Cornell i C.E. Wieman de l'Universitat de Colorat, varen conseguir crear un nou estat de matèria, conegut com Condensado Bose Einsten, comunament abreviat com BEC, gràcies a la creació d'àtoms ultrafríos, per lo que varen rebre el premi Nobel de física en el 2001. L'estat fonamental en física, és una part vital per a la creació de Condensados Bose Einstein. En 1926, Albert Einstein va predir que es produiria un aument macroscòpic de partícules en un gas en conseguir que estiga per baix de la temperatura crítica, o dit d'una atra forma: que els àtoms perdrien la seua identitat individual, i es condensarían en un "superátomo". Einstein va basar la seua teoria animat per les investigacions a principis dels anys 20 de Satyendra Nath Bose. Estes investigacions, indicaven que la llum es comportava com a paquets discrets, que és lo que es coneix en l'actualitat com "quanta" o "fotons". Einstein va pensar que les mateixes regles aplicables a la llum, també ho serien per als àtoms, per lo que va començar a investigar cóm es comportarien els àtoms en un gas (vore Estadística de Bose-Einstein). Lo que finalment Einstein va poder averiguar, és que si els àtoms es gelen lo suficient, alguna cosa prou inusual ocorreria, ya que a temperatures propenques al zero absolut, tots els àtoms són absolutament idèntics, per lo que no es pot realisar una medició possible que els diferencie; lo que significa que els àtoms es troben en estat fonamental.[1][2]
L'estat fonamental en mecànica quàntica
[editar | editar còdic]L'estat fonamental en física va obrir les portes de la mecànica quàntica en 1924, quan Einstein i Bose varen predir el BEC, ya que en perdre els àtoms la seua identitat individual a temperatures extremadament baixes, s'establix que els àtoms es troben al mateix nivell quàntic. L'energia juga un paper bàsic, ya que a temperatures molt baixes els àtoms també es troben en el seu nivell energètic més baix, mentres que a temperatures normals els àtoms es troben en diferents nivells d'energia o, dit d'una atra forma, en un estat excitat (vibracional). Tots els sistemes mecànic-quàntics tenen un estat fonamental o estat de mínima energia que possibilita que ocórreguen tots els estats possibles de la mecànica quàntica; és dir, no hi ha desorde en un sistema quan totes les seues partícules es troben en els seus estats fonamentals.[3] L'estat fonamental juga un paper vital en el camp experimental de la física teòrica, ya que permet crear estats quàntics en objectes apreciables a simple vista (macroscòpics), en els que es pot aplegar a obtindre "estats quàntics" per mig de la consecució de l'estat fonamental.[4] Açò permet la creació de màquines quàntiques, és dir, objectes que podem apreciar a simple vista pero que no seguixen les regles del món relativiste (o físic) que apreciem a simple vista, sino que, ademés, seguixen les regles de la mecànica quàntica.[5] L'importància experimental de l'estat fonamental radica que nos permet obtindre un enteniment millor de cóm funciona la matèria i l'energia a un nivell subatòmic.[6] Un eixemple d'aplicació pràctica és l'entrellaçat quàntic: una superposició quàntica és l'estat en virtut del com una partícula (per eixemple, un fotó o un àtom) existix simultàneament en dos posicions; a açò és a lo que Einstein va denominar "acció fantasmal a distància" (o "Paradoxa EPR"), que permet que les partícules compartixquen informació instantàneament, inclús si es troben separades per grans distàncies. L'estat fonamental és important perque permet entendre a un sistema mecànic-quàntic observant el seu comportament sense que les seues propietats quàntiques siguen destruïdes per mig del seu entorn per l'efecte de la vibració i la calor. L'estat fonamental permet un millor enteniment de les propietats de l'entrellaçat quàntic, ya l'estat fonamental en un sistema en comparació a un estat de major energia, representa els dos possibles estats (|0> i |1>) d'un bit quàntic, o qubit.[7]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ BEC - What is it and where did the idea menja from? Universitat de Colorat http://www.colorado.edu/physics/2000/bec/what_is_it.html [1] archivat en Wayback Machine.
- ↑ Revista Colombiana de Física, Vol. 38 No. 3 2006, Dinàmica de Vórtices en un Condensado de Bose-Einstein.
- ↑ Lecture: Statistical thermodynamics, Entropy and quàntum mechanics. Richard Fitzpatrick, University of Texas Austin.
- ↑ Team's quàntum object is biggest by factor of billions http://news.bbc.co.uk/2/hi/8570836.stm
- ↑ O'Connell, A. D. et al. Nature doi:10.1038/nature08967 (2010)
- ↑ BBC Universe - Quàntum mechanics predicts bizarre things http://www.bbc.co.uk/science/space/universe/questions_and_ideas/quantum_mechanics
- ↑ Nou alvanç en el teletransporte quàntic http://www.uco.es/hbarra/index.php/blog/126-nou-alvanç-en-el-teletransporte-cuantico
Bibliografia
[editar | editar còdic]- (1965) «vore secció 2-5 per a nivells d'energia, 19 per a l'àtom d'hidrogen», The Feynman Lectures on Physics.
Vore també
[editar | editar còdic]
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Estado fundamental (física)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.