Cuando los átomos se enfrían a una temperatura casi cero, sus propiedades cambian por completo. Pueden convertirse en un condensado de Bose-Einstein, un estado ultrafrío de la materia, en el que las partículas pierden su individualidad y solo pueden describirse colectivamente.- como un solo objeto cuántico.
En TU Wien Viena, las nubes de átomos ultrafríos se han estudiado durante años. Son un sistema modelo perfecto para estudiar cuestiones fundamentales de la física cuántica de muchas partículas. Ahora, el equipo de investigación del profesor Jörg Schmiedmayer Instituto de Atómicay Subatomic Physics, TU Wien ha encontrado resultados notables que no pueden explicarse por ninguna de las teorías existentes: cuando se acoplan dos gases cuánticos ultrafríos, pueden sincronizarse espontáneamente, oscilando al unísono perfecto después de unos pocos milisegundos.las teorías de los libros de texto sobre condensados de Bose-Einstein deben revisarse. Los resultados ya se han publicado en la revista Cartas de revisión física .
Átomos en la trampa
"Utilizamos un chip de átomo especialmente diseñado para enfriar los átomos y modificar sus propiedades", dice Jörg Schmiedmayer. "El chip puede atrapar cientos o miles de átomos y manipular sus propiedades colectivas con campos electromagnéticos".
Al principio, una nube de átomos se enfría a una temperatura de solo unas pocas nanocelvinas. "Luego, usando el chip del átomo, creamos una barrera, separando la nube en dos partes", dice Marine Pigneur, primer autor deldocumento y estudiante de doctorado en el equipo de Schmiedmayer: "Si la barrera es lo suficientemente baja, los átomos pueden pasar de un lado a otro por un efecto llamado túnel cuántico. Por lo tanto, las dos nubes de átomos no son completamente independientes, están acopladas".
Según la física cuántica, cada objeto puede describirse como una onda. Las propiedades de la onda no son visibles para nosotros, porque los objetos con los que tratamos todos los días son demasiado grandes y demasiado calientes. Sin embargo, el comportamiento de los átomos fríos esfuertemente influenciado por estas propiedades de la onda.
Una de estas propiedades es la fase, que puede entenderse comparando la onda cuántica con un reloj que hace tictac: "Imagine dos relojes de péndulo idénticos", dice Jörg Schmiedmayer. "Pueden estar perfectamente sincronizados, de modo que los dos péndulos alcancen ambossu punto más bajo exactamente al mismo tiempo, pero típicamente, su movimiento está un poco fuera de sincronización. En ese caso, hablamos de una diferencia de fase entre los dos péndulos ".
Cuando se crean las dos nubes de átomos, comienzan sin diferencia de fase; están perfectamente sincronizadas. Pero usando el chip de átomo, pueden desincronizarse. La diferencia de fase cuántica entre las dos nubes de átomos la extensión hastaque no están sincronizados se puede controlar con gran precisión. Luego, las dos nubes se controlan cuidadosamente para ver si esta diferencia de fase cambia con el tiempo.
Si dos péndulos clásicos están acoplados por una banda de goma, la banda disipará parte de la energía y los dos péndulos se sincronizarán. Algo similar sucede con las dos nubes de átomos: si están acoplados, se sincronizan automáticamente, en un tiempo notablemente cortocantidad de tiempo ". Esto suena normal cuando pensamos en relojes de péndulo, pero de acuerdo con las teorías bien establecidas de Bose-Einstein-Condensates, esto es bastante sorprendente porque no tenemos disipación", dice Jörg Schmiedmayer.un sistema cuántico como el nuestro, que está protegido del medio ambiente, esperaríamos períodos de sincronización alternando con la desincronización para siempre "
Buscando un mecanismo desconocido
"En el proceso de desincronizar los relojes, desequilibramos el sistema", dice Marine Pigneur. "La mayoría de las teorías hasta ahora describen con éxito el acoplamiento de condensados de Bose-Einstein en equilibrio, pero son insuficientes para describirla situación de desequilibrio y la sincronización que observamos ". El hecho de que los" ritmos cuánticos "de las dos nubes de átomos sean exactamente iguales después de solo unos pocos milisegundos implica la existencia de un mecanismo que disipa la energía. Como el sistema está aislado desu entorno, la energía no puede ser disipada, sino solo transferida ". El acoplamiento como se cuenta en las teorías de los libros de texto no puede transferir energía tan fuerte y rápidamente como observamos. Entonces, o estas teorías están perdiendo algo, o simplemente están equivocadas. Esto significa que esnuestra comprensión de la interacción entre los átomos en sí, que debe modificarse "
Con este hallazgo sorprendente, el equipo de investigación espera estimular más investigación en esta área. "Después de todo, el comportamiento de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos es uno de los grandes problemas sin resolver de la física moderna", dice Jörg Schmiedmayer ".Se conecta a muchas preguntas fundamentales: desde el estado del universo primitivo justo después del Big Bang hasta la pregunta de por qué los efectos cuánticos extraños solo se pueden observar a pequeña escala, mientras que los objetos más grandes obedecen las leyes de la física clásica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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