Correlaciones de Bose–Einstein
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En física, las correlaciones de Bose–Einstein [1][2] son correlaciones entre bosones idénticos. Tienen importantes aplicaciones en astronomía, óptica, física de partículas y nuclear.
La interferencia entre dos (o más) ondas establece una correlación entre las mismas. En concreto, en física de partículas, donde cada partícula tiene asociada una onda, encontramos por lo tanto interferencia y correlaciones entre dos (o más) partículas, que se describen matemáticamente mediante funciones de correlación de segundo orden o superior.[3] Estas correlaciones tienen propiedades específicas en el caso de partículas idénticas. Por este motivo distinguimos entre las correlaciones de Bose–Einstein para bosones y las de Fermi–Dirac para fermiones. Mientras que en las correlaciones de Fermi–Dirac de segundo orden las partículas están "antibunched", en las de Bose–Einstein correlaciones (BEC) están "bunched".[4] Otra distinción entre las correlaciones de Bose–Einstein y Fermi–Dirac es que solo los BEC pueden presentar coherencias cuánticas (cf. abajo).
En óptica se dice que dos haces de luz interfieren coherentemente cuando la diferencia de fase entre sus ondas es constante; si esta diferencia de fase es aleatoria o cambiante los haces son incoherentes.
La superposicin coherente de amplitudes de onda se conoce como interferencia de primer orden. En analogía con esto también tenemos interferenia de Hanbury-Brown y Twiss (HBT) de intensidad o de segundo orden, la cual generaliza la interferencia entre amplitudes a la interferencia entre el cuadrado de las amplitudes, i.e. entre intensidades.
En óptica la interferometra de amplitud se utiliza para la determinación de longitudes, irregularidades de superficies e índices de refracción; la interferometría de intensidad, además de presentar en ciertos casos ventajas técnicas (como la estabilidad) comparada con la interferometría de amplitud, permite también la determinación de coherencia cuántica de las fuentes.
Correlaciones de Bose–Einstein correlaciones y coherencia cuántica
El concepto de coherencia de orden superior o coherencia cuántica de las fuentes fue introducido en óptica cuántica por Glauber.[5] Mientras inicialmente este concepto lo utilizó principalmente para explicar el funcionamiento de máseres y láseres, pronto se dio cuenta de que tenía aplicaciones importantes en otros campos de la física: bajo condiciones apropiadas la coherencia cuántica conduce a condensación de Bose–Einstein. Como los nombres sugieren las correlaciones de Bose–Einstein y la condensación de Bose–Einstein son ambas consecuencias de la estadística de Bose–Einstein y por lo tanto son aplicables no solo a fotones sino a cualquier clase de bosones. Por ello la condensación de Bose–Einstein está en el origen de tales fenómenos importantes de la materia condensada como la superconductividad y la superfluidez, y las correlaciones de Bose–Einstein se manifiestan también en interferometría hadrónica.
Casi en paralelo a la invención por Hanbury-Brown y Twiss de interferometra de intensidad en óptica, Gerson Goldhaber, Sulamith Goldhaber, Wonyong Lee y Abraham Pais (GGLP) descubrieron[6] piones idénticamente cargados producidos en procesos de aniquilación de pares protón-antiprotón estaban "buncheados", mientras que los piones de carga opuesta no lo estaban. Interpretaron este efecto como debido a la estadística de Bose–Einstein. Posteriormente[7] fue descubierto que el efecto HBT es también un efecto de correlación de Bose-Einstein, la de fotones idénticos.[8]
El formalismo teórico más general para las correlaciones de Bose–Einstein en física subnuclear es el enfoque estadístico cuántico,[9][10] basado en la corriente clásica[11] y en el formalismo de estados coherentes:[12][13] incluye coherencia cuántica, longitudes de correlación y tiempos de correlación.
Empezando con el BEC de los años 80 ha devenido un tema de interés actual en física de energía alta y actualmente hay reuniones enteramente dedicadas a este tema.[14] Una razón para este interés es el hecho de que los BEC son hasta ahora el único método único para la determinación de tamaños y tiempos de vida media de fuentes de partículas elementales. Esto es de interés especial para la búsqueda actual materia quark en el laboratorio: para lograr esta fase de la materia es necedstis una densidad de energía crítica. Para medir esta densidad de energía uno tiene que determinar el volumen del "fireball" en el que se supone que se genera esta materia y esto pasa por la determinación del tamaño de la fuente; este propósito puede ser conseguido por el método de la interferometría de intensidad. Además, una fase de la materia significa un estado cuasi-estable, i.e. un estado que vive más tiempo que la duración de la colisión que lo produjoo. Esto significa que tenemos que medir la vida media del nuevo sistema, lo cual de nuevo solo puedevconseguirse por medio de BEC's.
