Al investigar átomos, los científicos enfrentan un desafío: a temperatura ambiente, los átomos individuales en un gas tienen energía cinética y vuelan a grandes velocidades. La temperatura es, en esencia, el movimiento relativo entre los átomos; por lo tanto, el objetivo de obtener los átomostener velocidades relativas pequeñas implica congelarlas a temperaturas extremadamente frías. Un grupo del Instituto de Ciencia Weizmann ha desarrollado un nuevo método universal para enfriar iones.
Los iones, átomos con cargas eléctricas, se enfrían hoy en trampas usando campos eléctricos y magnéticos y luego se enfrían más con láser. El nuevo método, desarrollado por los científicos del personal Dr. Oded Heber y el Dr. Michael Rappaport, y los becarios posdoctorales Dr. ReeteshKumar Gangwar y el Dr. Koushik Saha, en el laboratorio del profesor Daniel Zajfman del Departamento de Física de Partículas y Astrofísica del Instituto de Ciencia Weizmann, no requieren láseres.
En el pasado, el Prof. Zajfman y su grupo habían creado una versión mejorada de una trampa de iones llamada trampa de haz de iones electrostática, un aparato para almacenar iones que era mucho más pequeño que los anillos de almacenamiento de iones estándar, que tienden a ser muygrande y costoso. En una trampa electrostática, las moléculas iónicas oscilan a medida que vuelan a velocidades de hasta 10,000 km / h, y se enfrían internamente dentro de la trampa. Sistemas como este pueden recrear en el laboratorio la escasa materia que existe en el espacio interestelar.
Cuando grupos de iones oscilan en la trampa a estas altas velocidades, hay una distribución natural de frecuencias. En esta etapa, los científicos tienen un método en el que se aplica "voltaje de impulso periódico variable" para separar los iones más fríos enesa distribución, acelerando solo estos. Al continuar aplicando voltajes, los investigadores eventualmente pueden terminar con los iones más fríos ". Este proceso", dice Heber, "no es tanto refrescante como 'filtrar' o clasificar los iones de acuerdo con las temperaturas quehan alcanzado."
Sin embargo, en experimentos recientes, el grupo sintonizó la trampa para que la densidad de los iones en la trampa del haz de iones electrostático se pueda aumentar 1,000 veces en los bordes. Al aumentar la densidad, naturalmente aumenta la incidencia de colisiones entre los iones en el haz, y el resultado es que la energía se comparte entre los iones. Los científicos descubrieron que había una correlación mejorada entre la posición de un ion dentro del grupo y su nivel de energía cinética. Los iones más fríos estaban en el centro. De hecho, la energía -- o temperatura - se transfirió a los iones en los bordes, produciendo iones más extremadamente fríos en el grupo acelerado ". Este sorprendente proceso", dice Heber, "ya supera la prueba de enfriamiento genuino".
En un artículo publicado recientemente en Cartas de revisión física , el grupo describe una serie de experimentos en los que los iones alcanzaron temperaturas de aproximadamente una décima de grado por encima del cero absoluto. Actualmente, los investigadores están llevando a cabo más experimentos para ajustar el sistema y hacer que las temperaturas de los iones sean aún más bajas.
Heber dice que el nuevo método es significativo porque el proceso de enfriamiento no depende ni del tipo ni del peso del ion. Por lo tanto, podría usarse, por ejemplo, para investigar las propiedades de moléculas biológicas grandes o nanopartículas.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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