En 1925 Bose y Einstein predijeron que si fuera posible enfriar un gas de bosones, conservando en todo momento sus propiedades de gas, existiría una temperatura por encima del cero absoluto, llamada temperatura crítica (Tc), a la cual el gas exhibiría un comportamiento extraño en el que un porcentaje significativo de sus átomos ocuparía el mismo estado, siendo éste el estado de energía cero. Es decir, una parte del gas tendría energía cero, y como consecuencia de este hecho las propiedades del sistema se modificarían radicalmente. No fue sino hasta 1995 cuando se comprobó experimentalmente esta teoría, y se produjo por primera vez un condensado de Bose-Einstein en un laboratorio. De hecho, este suceso ocurrió paralelamente en tres laboratorios de Estados Unidos, en Colorado, en Texas y en Massachussets. En cada uno de ellos se “fotografió” una nube de átomos de la cual es posible inferir el valor de la energía, la temperatura y el número de partículas en cada una de las etapas durante el proceso de formación del condensado. En la Figura 1 se observan la distribución de velocidades de átomos de rubidio para diferentes temperaturas. Estas imágenes pueden obtenerse utilizando un método de expansión, el cual consiste en permitir que la nube de gas se expanda libremente y colocando censores capaces de detectar las posiciones de los átomos en la nube.

Figura1. Se observa la distribución de velocidades de un gas de bosones durante la formación de un condensado. La figura izquierda corresponde a un gas a una temperatura mayor que la temperatura de condensación (Tc). La figura central es justo después de la aparición del condensado, y la figura derecha muestra un gas que tiene un menor número de átomos, pero el cual sigue en su fase condensada. La altura de los picos representa el número de átomos en cada velocidad, siendo el pico más alto el que corresponde a los átomos con energía igual a cero.

Las partículas del gas que se han ido al estado base, o estado de mínima energía, tienen energía igual a cero. Debemos resaltar que este es el significado del cero absoluto. Si todos los átomos del gas tuvieran energía cero, el gas tendría entonces temperatura cero. Sin embrago, como se observa en la Figura 1, no todas las partículas tienen velocidad cero, y son este conjunto de partículas las que determinan las propiedades físicas del gas. Todas las partículas que se encuentran en el condensado no participan en las propiedades dinámicas del gas; por ejemplo, podemos decir que estos átomos no ejercerán presión y no contribuirán a la energía sistema.

La obtención de un condensado de Bose-Einstein se logró hasta fechas recientes debido a que en tiempos pasados no era posible conseguir temperaturas suficientemente bajas como la denominada temperatura crítica (Tc), la cual, a su vez, depende de la densidad del gas. Como hemos señalado antes, las densidades para las cuales el gas conserva sus propiedades de gas son muy bajas, y estas exigen temperaturas del orden de fracciones de microkelvins para que ocurra la condensación de Bose-Einstein.