En la vida cotidiana, la materia se comporta de una manera previsible y esperada. Si lanzas una pelota, asumes que viajará en una determinada dirección y tendrá un retroceso predecible. Además, las fuerzas ejercidas sobre un objeto no tendrían un impacto enotro objeto independiente.
Pero en la mecánica cuántica, la física de lo pequeño, las reglas son completamente diferentes. En sistemas de una, dos y tres partículas, las acciones que ocurren en un lugar pueden influir fuertemente en los átomos que están lejos. Los científicos aún no lo hacen.tienen una comprensión completa de esto pero, al analizar el comportamiento de estos sistemas y otros más complejos, esperan encontrar ideas.
Investigadores de la Unidad de Sistemas Cuánticos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, junto con colaboradores del University College de Dublín y la Universidad de Durham, simularon uno de estos sistemas, que revelaron estados cuánticos, formas en que las partículas se organizan ensistemas aislados, eso fue inesperado. Sus resultados, publicados en New Journal of Physics, podrían tener aplicaciones para tecnologías cuánticas.
"Si arrojas una piedra de un bote, la piedra va hacia un lado y el barco va hacia el otro", explicó el profesor Thomas Busch, que dirige la Unidad. "En mecánica cuántica, podemos tener correlaciones mucho más fuertes a distancias mucho mayores".Es como si te pusieras un calcetín rojo y un calcetín verde, entonces alguien en la Antártida, a quien nunca has conocido, tendría que hacer lo mismo. Y nuestro trabajo ha encontrado nuevos estados con estas correlaciones muy fuertes, que pueden sercontrolado muy bien "
Experimentando con dos átomos
Cuando los científicos investigan sistemas macroscópicos, tienden a mirar muchas partículas, digamos 10 a los 23 átomos. Debido a que hay tantas, no pueden seguir cada átomo y deben hacer suposiciones. Para evitar esto, los investigadores en esteel estudio usó otra opción.
"Simulamos un sistema con solo dos átomos", dijo el primer autor Ayaka Usui, estudiante de doctorado en la Unidad. "Esto proporcionó un componente básico del sistema más grande, pero pudimos controlar todo y ver exactamente qué erasucediendo. Y, para controlar aún más este sistema, consideramos átomos súper fríos ".
A temperatura ambiente, las partículas se mueven muy rápido. Cuanto más cálido es, más rápido se mueven. Al usar el enfriamiento por láser, estos átomos se pueden ralentizar y enfriar hasta que alcanzan una velocidad casi cero y, por lo tanto, están muy fríos.es mucho más fácil para Ayaka y sus colegas describirlos en sus simulaciones.
En un sistema como este, lo más simple que pueden hacer las partículas es chocar entre sí. Esto las obliga a moverse y cambiar de dirección, pero las partículas también tienen algo llamado giro. El giro de una partícula apunta hacia arriba o hacia abajoe influye aún más en cómo se mueve: un efecto llamado acoplamiento de la órbita giratoria. Cuando los investigadores simularon un sistema con dos átomos súper fríos que estaban acoplados a la órbita giratoria, se revelaron estos nuevos estados, con sus correlaciones muy fuertes.
"Tenemos los sistemas con dos partículas donde obtienes estos estados y los que tienen de 10 a 23 donde no", dijo el Dr. Thomas Fogarty, Académico Postdoctoral en la Unidad. "En algún lugar a lo largo de esta larga cadena deagregando partículas, estos nuevos estados desaparecen "
Ingeniería de nuevas ideas
"Junto con los nuevos estados, hemos descubierto las fórmulas que describen este sistema exactamente", dijo Ayaka. "Entonces, ahora podemos diseñarlo".
Al encontrar estas fórmulas, los investigadores tienen control sobre el sistema y ahora planean cambiar los parámetros para observar la dinámica del sistema.
"Vamos a dividir el sistema, así que tenemos dos de ellos", dijo Ayaka. "Podemos usar las fuertes correlaciones para ayudarnos a medir el sistema. Si encontramos un átomo en uno de los sistemas, sabemosel otro también está en ese, sin medirlo, porque están estrechamente correlacionados ".
Aunque esta investigación se está concentrando en un pequeño aspecto de lo que puede hacer la mecánica cuántica, tiene numerosas aplicaciones, dijo el profesor Busch.
"Las tecnologías cuánticas necesitan estas correlaciones", explicó. "Estos nuevos estados tienen las correlaciones no clásicas más fuertes que conocemos, y podemos diseñarlas. Con esta investigación, podríamos construir computadoras más potentes. Podríamos crear dispositivos de mediciónque miden pequeñas diferencias en la gravedad o pulsos eléctricos en el cerebro. Hay tantas aplicaciones para trabajar ".
Junto con Ayaka Usui, el Dr. Fogarty y el Profesor Busch, esta investigación involucró al Dr. Steve Campbell del University College de Dublín y al Profesor Simon Gardiner de la Universidad de Durham.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Lucy Dickie. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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