Enfriados hasta casi el cero absoluto, los átomos no solo se mueven en ondas como la luz, sino que también pueden enfocarse en formas llamadas cáusticas, similares a los patrones reflectantes o refractantes que la luz crea en el fondo de una piscina o a través de una copa de vino curva.
En experimentos en la Universidad Estatal de Washington, los científicos han desarrollado una técnica para ver estos cáusticos de ondas de materia colocando obstáculos atractivos o repulsivos en el camino de un láser de átomo frío. Los resultados son cúspides o pliegues curvos, en forma de "V" hacia arriba o hacia abajo, que los investigadores describen en un artículo para Comunicaciones de la naturaleza.
Si bien es una investigación fundamental, estos cáusticos tienen aplicaciones potenciales para dispositivos de medición o sincronización de alta precisión, como interferómetros y relojes atómicos.
"Es una hermosa demostración de cómo podemos manipular las ondas de materia de una manera muy similar a cómo se manipula la luz", dijo Peter Engels, profesor distinguido de WSU Yount y autor principal del artículo. "Un átomo es acelerado por la gravedad, por lo tanto, podemos imitar efectos que serían muy difíciles de ver con la luz. Además, dado que los átomos responden a muchas cosas diferentes, podemos aprovechar esto para nuevos tipos de sensores que son particularmente buenos para detectar campos magnéticos, gradientes encampos o en gravedad. "
Para lograr estos efectos, primero los científicos tuvieron que crear uno de los lugares más fríos de la Tierra, lo que pudieron lograr en el laboratorio de Física Cuántica Fundamental en WSU. Engels y sus colegas usaron láseres ópticos para extraer energía de un átomonube atrapada dentro de una cámara de vacío, enfriándola muy cerca del cero absoluto ? 273,15 grados Celsius o? 459,67 grados Fahrenheit.
Este frío extremo hace que los átomos se comporten mecánicamente cuánticamente de formas muy diferentes a las leyes familiares de la naturaleza. En estas condiciones, en lugar de comportarse como partículas de materia, los átomos se mueven como ondas. Las nubes formadas por tales átomos se conocen como Bose-Einsteincondensados, nombrados en honor a los teóricos cuyo trabajo predijo por primera vez este estado de la materia, Albert Einstein y Satyendra Nath Bose.
En el proceso de exploración de estos condensados, los investigadores de WSU crearon un láser de átomo frío, lo que significa que los átomos en forma de onda comenzaron a alinearse en una columna y moverse juntos.
"Un láser de luz es una corriente coherente y colimada de fotones, y básicamente lo estamos haciendo con átomos", dijo Maren Mossman, la primera autora del artículo que trabajó en el proyecto como becaria postdoctoral de WSU y ahora es laClare Boothe Luce, profesora asistente de física en la Universidad de San Diego. "Los átomos caminan juntos y se comportan como un solo objeto. Entonces, decidimos ver qué pasa si pinchamos esto".
Para este estudio, los investigadores 'pincharon' el láser del átomo colocando obstáculos ópticos en su camino, esencialmente iluminando longitudes de onda específicas de luces láser sobre la corriente de átomos en aceleración. Un tipo de obstáculo repelió los átomos y produjo cáusticos en formas de pliegues hacia abajo; otro los atrajo haciendo cáusticos en forma de cúspide hacia arriba.
El sistema también es muy sintonizable, dijeron los investigadores, lo que significa que pueden cambiar la velocidad con la que se aceleran los átomos.
"Los cáusticos en los láseres de átomos nunca se han estudiado realmente con esta flexibilidad", dijo Engels.
Además de Engels y Mossman, los coautores incluyen a Michael Forbes, profesor asociado de WSU en el Departamento de Física y Astronomía y Thomas Bersano, un ex becario postdoctoral de WSU ahora en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.
Este estudio fue apoyado por subvenciones de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Washington . Original escrito por Sara Zaske. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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