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¿Por qué el potencial químico es μ=0 cuando se calcula la temperatura crítica de los BEC?

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Solución:

Para determinar el límite superior del potencial químico de un gas de bosones $mathcal N$, observe la forma de la distribución de Bose en el gran conjunto canónico con $langle N rangle = mathcal N$. Cuando se usa el GCE, es más fácil trabajar en el potencial químico $mu$ y luego elegir $mu(mathcal N)$ de modo que $langle Nrangle(mu)=mathcal N$. Cada estado $s$ tiene una ocupación promedio $$ langle n_srangle=fracsum_ngeq 0 ne^-beta n(epsilon_s-mu)sum_ngeq 0 e^-beta n(epsilon_s-mu)=frac1Xi_sfracpartialpartial(betamu)Xi_s,quad Xi_s=frac11-e^-beta(epsilon_s-mu),\ =-parcial_(betamu)log(1-e^- betaepsilon_s+(betamu))=frace^betamu1-e^-beta(epsilon_s-mu). $$ Esto es finito mientras $mu

Puedes pensar en el potencial químico como la cantidad de energía libre necesaria para agregar una partícula adicional al sistema. Debido a que el estado fundamental de un BEC es degenerado y puede contener una cantidad infinita de partículas, no hay costo de energía para agregar otra partícula a ese estado. Entonces, $mu = 0$.

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