Un experimento innovador acerca las partículas a una proximidad sin precedentes, revelando nuevos comportamientos cuánticos.
Por Darren Orf
26/05/2024
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En mecánica cuántica, cuanto más cerca están las cosas, más extrañas resultan. Y eso es definitivamente cierto en un nuevo estudio del MIT que ha multiplicado por diez los límites de la proximidad entre átomos.
Este avance supera el anterior umbral de proximidad establecido por las propiedades de una longitud de onda de luz. Tras enfriar el sistema a 1 microkelvin por encima del cero absoluto y apretar sorprendentemente dos átomos de disprosio separados por sólo 50 nanómetros (por cierto, un glóbulo rojo mide 1.000 nanómetros de ancho), los átomos mostraron estados cuánticos exóticos, incluidas interacciones magnéticas 1.000 veces más fuertes que si los átomos estuvieran separados por los típicos 500 nanómetros. Utilizando una técnica de compresión como ésta, los científicos podrían comprender mejor fenómenos cuánticos como la superconductividad y la superradiancia.
"Hemos pasado de colocar átomos de 500 nanómetros a 50 nanómetros de distancia, y con esto se pueden hacer muchas cosas", dijo en un comunicado de prensa Wolfgang Ketterle, del MIT, coautor de un estudio publicado en la revista Science a principios de este mes. "A 50 nanómetros, el comportamiento de los átomos es tan diferente que realmente estamos entrando en un nuevo régimen aquí".
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Uno de esos comportamientos es un efecto causado por un estado magnético mejorado llamado "termalización", en el que los dos átomos de disprosio -utilizados en este experimento por su capacidad de mantener una conexión "a larga distancia" entre sí mediante interacciones dipolo a dipolo- transfirieron calor entre capas separadas por el vacío. Otro efecto secundario fue la "oscilación colectiva", en la que la vibración de una capa hacía vibrar simultáneamente a la otra. Cuando los átomos se separaban unos de otros, ambos efectos se disipaban.
"Hasta ahora, el calor entre átomos sólo podía intercambiarse cuando se encontraban en el mismo espacio físico y podían colisionar", explica en un comunicado de prensa Li Du, estudiante de posgrado del MIT y autor principal del estudio. "Ahora hemos visto capas atómicas, separadas por el vacío, que intercambian calor a través de campos magnéticos fluctuantes".
Conseguir que estos dos átomos de disprosio estuvieran separados por sólo 50 nanómetros no fue tarea fácil. Según Live Science, el equipo utilizó el mismo enfoque que en estudios anteriores, empleando una técnica de excelente nombre conocida como "pinza óptica", que básicamente crea un pozo de energía en el láser que tiene el feliz efecto secundario de atrapar los átomos en su lugar.
Pero para superar el típico límite de 500 nanómetros, los investigadores utilizaron un atributo inherente al disprosio, y atraparon sus espines atómicos con espines "arriba" y "abajo" con energías diferentes. Esto permitió al equipo controlar a su antojo la proximidad de las dos pinzas ópticas, acercándose a 50 nanómetros, y todo ello estabilizado a través de fibra óptica.
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La aplicación más obvia de la superación de este umbral cuántico se encuentra en el ámbito de la informática cuántica, especialmente en la creación de "sistemas atómicos accionados magnéticamente para ordenadores cuánticos", según los investigadores. Pero las aplicaciones en el mundo de los superconductores podrían ser igualmente apasionantes.
Ahora que los átomos pueden realmente intimar entre sí, no se sabe qué extraños efectos cuánticos podrían descubrir futuros estudios.
DARREN ORF
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