Cuando un átomo se encuentra por primera vez con otro, la naturaleza precisa de esa interacción puede determinar mucho sobre qué tipos de propiedades físicas y comportamientos surgirán.
en un artículo publicado en Física de la naturaleza , un equipo dirigido por el físico de la U de T Joseph Thywissen informó su descubrimiento de un nuevo conjunto de reglas relacionadas con un tipo particular de interacción de pares atómicos. Los investigadores estudian las interacciones entre átomos que se han enfriado cerca del cero absoluto.
"Los átomos ultrafríos son las células madre de la ciencia de los materiales", dice Thywissen, profesor de física en la Universidad de Toronto y también miembro del programa de materiales cuánticos en el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada ". Así como una célula madre puedeconvertirse en una uña o una célula cardíaca dependiendo de su contexto, los átomos ultrafríos pueden convertirse en metales, aislantes, superfluidos u otros tipos de materiales ".
En colaboración con los teóricos Shizhong Zhang de la Universidad de Hong Kong y Zhenhua Yu de la Universidad de Tsinghua, los experimentadores de Toronto han estado estudiando "interacciones de onda p". El término "onda p" se refiere al grado en que dos átomos giran alrededor de unootro, un fenómeno al que los físicos se refieren como "momento angular"
Los investigadores estudian estas interacciones en un entorno altamente controlado, persuadiendo unos pocos cientos de miles de átomos de gas en una "trampa" y enfriándolos a aproximadamente -273 grados Celsius.
Si dos átomos chocan de frente y rebotan directamente uno del otro, significa que no tienen momento angular. Esta interacción se llama onda s. Pero si un par de átomos rebotan entre sí con una sola unidad angularimpulso, la interacción resultante se conoce como una onda p.
Las ondas P, ondas S y otros tipos de interacciones de pares de átomos se correlacionan con muchos tipos de propiedades físicas emergentes. Algunas reglas que gobiernan estas relaciones son bien entendidas, pero las relacionadas con las ondas P han desafiado tradicionalmente la explicación.
"Las interacciones de onda P fascinan a los científicos porque dotan a los materiales de propiedades inusuales y comportamientos desconcertantes", dice Thywissen. "Pero la sabiduría convencional era que los gases con interacciones de onda p tenían pérdidas que eran demasiado fuertes para permitirle ver algo interesante"."
El equipo de Thywissen empleó un método llamado espectroscopía dinámica para preparar y sondear átomos más rápido de lo que se había hecho en el pasado.
"Nuestras observaciones tomaron menos de un milisegundo", dice. "Estudios anteriores estaban buscando propiedades que requerían una observación más larga. Nos permitió ver algo antes de que las pérdidas se volvieran demasiado significativas".
Sus experimentos de desafío a la ortodoxia resultaron más de la casualidad que de la convicción de que había un problema con la sabiduría convencional.
"Terminamos viendo esto porque un estudiante graduado junior que trabajaba en nuestro laboratorio no sabía cómo evitar las resonancias de la onda p. Tomó datos de espectroscopía sobre ellos", dice Thywissen. "La naturaleza nos sorprendió. Hubo un hermososeñal espectroscópica de un nuevo tipo de presión que se debió a las interacciones de la onda p ".
Sus observaciones posteriores provocaron una oleada de actividad entre los físicos teóricos, lo que resultó en varios documentos nuevos que intentaron explicar esta presión. Si es correcto, este trabajo teórico proporciona un nuevo conjunto de pautas que describen cómo comprender cualquier estado de la materia que surge de pinteracciones de onda.
Este trabajo puede ayudar a los científicos a comprender mejor la cuestión fundamental de dónde provienen las propiedades del material. También puede hacer posible crear y trabajar con nuevos materiales que tengan propiedades altamente inusuales y potencialmente muy valiosas.
Las ondas P, por ejemplo, se correlacionan con formas inusuales de superconductividad y superfluidez, en las que las partículas fluyen sin resistencia. Tales materiales han molestado a los científicos durante años.
"Cuando se componen de pares de ondas p, los superconductores y superfluidos también deberían tener algo llamado corriente de borde, pero sabemos por observación que estas corrientes de borde están ausentes o extremadamente débiles. No entendemos esto", dice Thywissen"Esperamos que las nuevas relaciones que hemos descubierto nos ayuden a descubrir por qué".
Thywissen y sus colaboradores ya están diseñando nuevos experimentos diseñados para ajustar y ajustar el entorno, creando una comprensión cada vez más sofisticada de cómo emergen las propiedades de los materiales.
"Aunque este experimento parece complejo ahora, continuaremos trabajando para superar los límites de lo que se puede hacer en el laboratorio", dice Thywissen, "Nunca sabemos lo que vamos a encontrar, pero siempre tenemos esperanzade descubrir algo como esto. Es realmente emocionante "
El descubrimiento se explica completamente en el estudio "Evidencia de relaciones universales que describe un gas con interacciones de onda p" publicado hoy en Física de la naturaleza . Además de Yu, Zhang y Thywissen, el equipo de investigación incluye a los candidatos a doctorado U de T Christopher Luciuk y Scott Smale, y su compañero postdoctoral Stefan Trotzky.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Original escrito por Patchen Barss. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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