¿Cuándo un atasco no es un atasco? Cuando se trata de un atasco cuántico, por supuesto. Solo en física cuántica puede el tráfico estar parado y en movimiento al mismo tiempo.
Un nuevo artículo teórico de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y la Universidad de Maryland sugiere que crear intencionalmente un atasco de tráfico de un anillo de varios miles de átomos ultrafríos podría permitir mediciones precisas de movimiento.implementado con la configuración experimental correcta, los átomos podrían proporcionar una medición de la gravedad, posiblemente incluso a distancias tan cortas como 10 micrómetros, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano.
Si bien los autores enfatizan que aún queda mucho trabajo por demostrar que dicha medida sería alcanzable, la recompensa potencial sería una aclaración de la atracción de la gravedad a escalas de longitud muy corta. Las anomalías podrían proporcionar pistas importantes sobre el comportamiento de la gravedad, incluido por quénuestro universo parece estar expandiéndose a un ritmo acelerado.
Además de responder potencialmente a preguntas fundamentales profundas, estos anillos atómicos también pueden tener aplicaciones prácticas. Podrían dar lugar a sensores de movimiento mucho más precisos que anteriormente posibles, o servir como interruptores para computadoras cuánticas, con 0 representado por bloqueo atómico y 1moviendo el tráfico de átomos.
Los autores del artículo están afiliados al Joint Quantum Institute y al Joint Center for Quantum Information and Computer Science, los cuales son asociaciones entre el NIST y la Universidad de Maryland.
En las últimas dos décadas, los físicos han explorado un estado exótico de la materia llamado condensado de Bose-Einstein BEC, que existe cuando los átomos se superponen entre sí a temperaturas frías, un poco más allá del cero absoluto. En estas condiciones,Una pequeña nube de átomos puede convertirse esencialmente en un gran "superatoma" cuántico, lo que permite a los científicos explorar propiedades potencialmente útiles como la superconductividad y la superfluidez más fácilmente.
Los físicos teóricos Stephen Ragole y Jake Taylor, los autores del artículo, ahora han sugerido que una variación de la idea BEC podría usarse para detectar la rotación o incluso explorar la gravedad a distancias cortas, donde otras fuerzas como el electromagnetismo generalmente abruman los efectos de la gravedad.La idea es utilizar rayos láser, que ya se usan comúnmente para manipular átomos fríos, para unir unos pocos miles de átomos en un anillo de 10 a 20 micrómetros de diámetro.
Una vez que se forma el anillo, los láseres lo moverán suavemente, haciendo que los átomos circulen a su alrededor como autos que viajan uno tras otro por una carretera de circunvalación de un solo carril. Y justo cuando las llantas giran a medida que avanzan por el pavimento, elLas propiedades de los átomos captarían la influencia del mundo que los rodea, incluidos los efectos de la gravedad de las masas a solo unos pocos micrómetros de distancia.
El anillo aprovecharía uno de los comportamientos contraintuitivos de la mecánica cuántica para ayudar a los científicos a medir realmente lo que sus átomos captan sobre la gravedad. Los láseres podrían agitar los átomos en lo que se llama una "superposición", lo que significa que en realidad serían amboscirculando alrededor del anillo y simultáneamente en un punto muerto. Esta superposición de flujo y estancamiento ayudaría a mantener las relaciones entre los átomos del anillo durante unos pocos milisegundos cruciales después de eliminar sus restricciones láser, tiempo suficiente para medir sus propiedades antes de que se dispersen.
Este atasco cuántico no solo podría superar un difícil desafío de medición de la gravedad, sino que podría ayudar a los físicos a descartar algunas de las muchas teorías competitivas sobre el universo, lo que podría ayudar a aclarar un atasco de ideas de larga data.
Uno de los grandes misterios del cosmos es por qué se está expandiendo a un ritmo aparentemente acelerado. Los físicos han sugerido que una fuerza externa, denominada "energía oscura", causa esta expansión, pero aún no han descubierto su origen. Uno entre muchosLa teoría es que en el vacío del espacio, las partículas virtuales de corta duración aparecen constantemente y desaparecen, y su repulsión mutua crea los efectos de la energía oscura. Si bien es una explicación lo suficientemente razonable en algunos niveles, los físicos calculan que estas partículas crearían tantofuerza repulsiva que haría volar el universo inmediatamente. Entonces, ¿cómo pueden conciliar las observaciones con la idea de partícula virtual?
"Una posibilidad es que la estructura básica del espacio-tiempo solo responda a partículas virtuales que están separadas por más de unos pocos micrómetros", dijo Taylor, "y ese es el tipo de separación que podríamos explorar con este anillo de átomos fríos. Entonces, siresulta que puedes ignorar el efecto de las partículas que operan en estas escalas de corta longitud, puedes dar cuenta de gran parte de esta energía repulsiva no observada. Estaría allí, simplemente no afectaría nada a escala cósmica ".
La investigación aparece en la revista Cartas de revisión física .
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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