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| La parte central del experimento en la que se crean las ondas de materia coherente. Los átomos frescos (azul) caen y se dirigen al condensado de Bose-Einstein en el centro. En realidad, los átomos no son visibles a simple vista. Crédito: Scixel. |
La mecánica cuántica dicta que partículas como los átomos también deben considerarse ondas y que técnicamente podemos construir "láseres de átomos" que contengan ondas coherentes de materia. El problema consiste en hacer que estas ondas de materia duren, de modo que puedan utilizarse en aplicaciones prácticas.
Ahora, un equipo de físicos de Ámsterdam ha demostrado que esto es posible con cierta manipulación del concepto que subyace al láser atómico, el llamado Condensado de Bose-Einstein, o BEC para abreviar, según un comunicado de prensa publicado el 10 de junio.
Los investigadores han logrado resolver el difícil problema de crear un condensado de Bose-Einstein continuo. Florian Schreck, líder del equipo, explicó en el comunicado cómo lo hicieron.
"En experimentos anteriores, el enfriamiento gradual de los átomos se realizaba en un solo lugar. En nuestro montaje, decidimos repartir los pasos de enfriamiento, no en el tiempo, sino en el espacio: hacemos que los átomos se muevan mientras avanzan por pasos de enfriamiento consecutivos. Al final, los átomos ultrafríos llegan al corazón del experimento, donde pueden utilizarse para formar ondas de materia coherentes en un BEC. Pero mientras se utilizan estos átomos, ya hay nuevos átomos en camino para reponer el BEC. De este modo, podemos mantener el proceso en marcha, básicamente para siempre", afirma Schrek.
Aunque la idea era relativamente sencilla, su puesta en práctica no lo era. Chun-Chia Chen, primer autor del estudio, recordó:
"Ya en 2012, el equipo -entonces todavía en Innsbruck- realizó una técnica que permitía proteger un BEC de la luz de enfriamiento láser, permitiendo por primera vez el enfriamiento láser hasta el estado degenerado necesario para las ondas coherentes. Si bien este fue un primer paso crítico hacia el reto largamente perseguido de construir un láser de átomo continuo, también estaba claro que se necesitaría una máquina específica para llevarlo más lejos. Al trasladarnos a Ámsterdam en 2013, empezamos con un salto de fe, fondos prestados, una habitación vacía y un equipo financiado íntegramente por subvenciones personales. Seis años después, en la madrugada de la Navidad de 2019, el experimento estaba por fin a punto de funcionar. Se nos ocurrió añadir un rayo láser adicional para resolver una última dificultad técnica, y al instante todas las imágenes que tomamos mostraron un BEC, el primer BEC de onda continua."
Ahora que los investigadores han conseguido crear un condensado de Bose-Einstein continuo, esperan utilizar el láser para crear un haz de salida estable de materia. Si consiguen producir láseres que no sólo puedan funcionar eternamente, sino también producir haces estables, las aplicaciones serán ilimitadas.
Por supuesto, a los investigadores les queda aún camino por recorrer. Pero su trabajo es prometedor y emocionante.
Fuentes, créditos y referencias:
Chun-Chia Chen et al, Continuous Bose–Einstein condensation, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04731-z