Física cuántica: los científicos del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han sido fundamentales para desarrollar una respuesta "práctica" a un desafío intrínsecamente vinculado a un principio muy fundamental en física: el Principio de incertidumbre de Heisenberg. Los investigadores del NBI utilizaron láserluz para unir átomos de cesio y una membrana vibrante. La investigación, la primera de su tipo, apunta a sensores capaces de medir el movimiento con una precisión invisible.
Nuestras vidas están llenas de sensores que recopilan todo tipo de información, y algunos de los sensores están integrados en nuestros teléfonos celulares, lo que, por ejemplo, nos permite medir las distancias que recorremos cuando salimos a caminar, y así calcular cuántoscalorías que hemos quemado gracias al ejercicio. Y esto para la mayoría de las personas parece bastante sencillo.
Sin embargo, cuando se miden estructuras atómicas o emisiones de luz a nivel cuántico mediante microscopios avanzados u otras formas de equipos especiales, las cosas se vuelven un poco más complicadas debido a un problema que durante la década de 1920 tuvo la atención total de Niels Bohr comoasí como Werner Heisenberg. Y este problema, que tiene que ver con el hecho de que las imprecisiones impiden inevitablemente ciertas mediciones realizadas a nivel cuántico, se describe en el Principio de incertidumbre de Heisenberg.
En un informe científico publicado en la edición de esta semana de Naturaleza , investigadores del NBI, basados en una serie de experimentos, demuestran que el Principio de incertidumbre de Heisenberg puede neutralizarse hasta cierto punto. Esto nunca se ha demostrado antes, y los resultados pueden provocar el desarrollo de nuevos equipos de medición, sensores nuevos y mejores.
El profesor Eugene Polzik, jefe de Óptica Cuántica QUANTOP en el Instituto Niels Bohr, ha estado a cargo de la investigación, que ha incluido la construcción de una membrana vibratoria y una nube atómica avanzada encerrada en una diminuta jaula de vidrio.
objeto de luz 'patadas'
El Principio de incertidumbre de Heisenberg básicamente dice que no se puede saber simultáneamente la posición exacta y la velocidad exacta de un objeto.
Lo que tiene que ver con el hecho de que las observaciones realizadas a través de un microscopio que funciona con luz láser inevitablemente conducirán a que el objeto sea "pateado". Esto sucede porque la luz es una corriente de fotones que cuando se refleja en el objeto le da patadas aleatorias'- y como resultado de esas patadas, el objeto comienza a moverse de manera aleatoria.
Este fenómeno se conoce como Quantum Back Action QBA, y estos movimientos aleatorios ponen un límite a la precisión con la que se pueden realizar mediciones a nivel cuántico.
Para llevar a cabo los experimentos en el profesor de NBI Polzik y su equipo de "investigadores de NBI jóvenes, entusiastas y muy hábiles" utilizaron una membrana 'a medida' como el objeto observado a nivel cuántico. La membrana fue construida por Ph.D.Los estudiantes Christoffer Møller y Yegishe Tsaturyan, mientras que Rodrigo Thomas y Georgios Vasikalis - Estudiante de doctorado e investigador, respectivamente - estaban a cargo de los aspectos atómicos. Además, Polzik dependía de otros empleados del NBI, el profesor asistente Mikhail Balabas, quien construyóEn la diminuta jaula de vidrio para los átomos, el investigador Emil Zeuthen y el profesor Albert Schliesser, quienes, en colaboración con colegas alemanes, estaban a cargo de la cantidad sustancial de cálculos matemáticos necesarios antes de que el proyecto estuviera listo para su publicación Naturaleza .
La parte atómica del experimento híbrido. Los átomos están contenidos en una microcélula dentro del escudo magnético visto en el medio. Foto: Ola J. Joensen
En las últimas décadas, los científicos han intentado encontrar formas de "engañar" al Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Eugene Polzik y sus colegas tuvieron la idea de implementar la nube atómica avanzada hace unos años, y la nube consta de 100 millones de cesio-atomos encerrados en una jaula herméticamente cerrada, una celda de vidrio, explica el profesor :
"La celda mide solo 1 centímetro de largo, 1/3 de milímetro de alto y 1/3 de milímetro de ancho, y para que los átomos funcionen según lo previsto, las paredes celulares internas se han recubierto con parafina. La membrana- cuyos movimientos estábamos siguiendo a nivel cuántico - mide 0,5 milímetros, que en realidad es un tamaño considerable en una perspectiva cuántica "
La idea detrás de la celda de vidrio es enviar deliberadamente la luz láser utilizada para estudiar los movimientos de la membrana a nivel cuántico a través de la nube atómica encapsulada ANTES ¡Cursiva! La luz llega a la membrana, explica Eugene Polzik: "Esto da como resultadolos fotones de luz láser 'patean' el objeto, es decir, la membrana, así como la nube atómica, y estos 'golpes', por así decirlo, se cancelan. Esto significa que ya no hay ninguna Acción Cuántica de Espalda, y por lo tanto nolimitaciones en cuanto a la precisión con la que se pueden realizar mediciones a nivel cuántico "
¿Cómo se puede utilizar esto?
"Por ejemplo, cuando se desarrollan tipos de sensores nuevos y mucho más avanzados para diversos análisis de movimientos que los que conocemos hoy en día desde teléfonos celulares, GPS y estudios geológicos", dice el profesor Eugene Polzik: "En general, los sensores que funcionan a nivel cuántico sonrecibiendo mucha atención en estos días. Un ejemplo es el buque insignia de Quantum Technologies, un extenso programa de la UE que también apoya este tipo de investigación ".
El hecho de que es posible "engañar" al Principio de Incertidumbre de Heisenberg también puede resultar significativo en relación a una mejor comprensión de las ondas gravitacionales: ondas en el espacio que se mueven a la velocidad de la luz.
En septiembre de 2015, el experimento estadounidense LIGO pudo publicar los primeros registros directos y mediciones de ondas gravitacionales derivadas de una colisión entre dos agujeros negros muy grandes.
Sin embargo, el equipo utilizado por LIGO está influenciado por Quantum Back Action, y la nueva investigación de NBI puede ser capaz de eliminar ese problema, dice Eugene Polzik.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias - Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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