Un sistema hecho de un puñado de partículas actúa igual que los sistemas más grandes, lo que permite a los científicos estudiar el comportamiento cuántico más fácilmente.
La mayoría de las sustancias que estudian los físicos están formadas por un gran número de partículas, tan grandes que esencialmente no hay diferencia entre las propiedades de comportamiento de una gota o el valor de agua pura de una piscina. Incluso una sola gota puede contener más de un billónpartículas
Esto hace que la comprensión de su comportamiento colectivo sea relativamente fácil. Por ejemplo, tanto el agua en la gota como en la piscina se congelará a 0 grados Celsius y hervirá a 100 grados Celsius.
Tales 'transiciones de fase' es decir, de líquido a sólido o de líquido a gas pueden aparecer abruptas en estos grandes sistemas, porque hay tantas partículas involucradas que todas parecen actuar al mismo tiempo.Cuando solo hay un puñado de partículas, ¿se aplican las mismas reglas de transiciones de fase?
Para responder a estas preguntas, un equipo de científicos del Imperial College de Londres, la Universidad de Oxford y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, Alemania, creó un sistema de menos de 10 fotones, las partículas fundamentales de la luz. Los resultados de sus experimentos, publicadoshoy en Física de la naturaleza , muestre que las transiciones de fase todavía ocurren en sistemas compuestos de tan solo siete partículas en promedio.
Estudiar el comportamiento cuántico de las partículas es mucho más fácil con menos partículas, por lo que el hecho de que ocurran transiciones de fase en estos pequeños sistemas significa que los científicos pueden estudiar mejor las propiedades cuánticas, como la coherencia
El autor principal, el Dr. Robert Nyman, del Departamento de Física de Imperial, dijo: "Ahora que se confirmó que la 'transición de fase' sigue siendo un concepto útil en sistemas tan pequeños, podemos explorar propiedades de formas que no serían posiblessistemas más grandes.
"En particular, podemos estudiar las propiedades cuánticas de la materia y la luz, lo que sucede en la escala más pequeña cuando ocurren las transiciones de fase".
El sistema que estudió el equipo fue un condensado de fotones Bose-Einstein BEC. Los BEC se forman cuando un gas de partículas cuánticas está tan frío o tan cerca que ya no se pueden distinguir. Un BEC es un estado de la materia quetiene propiedades muy diferentes de los sólidos, líquidos, gases o plasmas.
El equipo descubrió que al agregar fotones al sistema, una transición de fase a un BEC ocurriría una vez que el sistema alcanzara alrededor de siete fotones, menos que en cualquier otro BEC visto antes. Al ser tan pequeño, la transición fue menos abrupta que en grandessistemas como piscinas de agua, pero el hecho de que la transición se produjo en un punto predecible refleja bien los sistemas más grandes.
El sistema se creó con un aparato simple: un tinte fluorescente y espejos curvos. Esto significa que además de ser útil en el estudio de las propiedades cuánticas, el sistema podría usarse para crear y manipular estados especiales de luz.
El coautor Dr. Florian Mintert, del Departamento de Física de Imperial, dijo: "Con lo mejor de dos mundos distintos: la física de las transiciones de fase y la accesibilidad de los sistemas pequeños, esta fuente de luz inusual tiene aplicaciones potenciales enmedición o detección "
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Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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