Utilizando láseres, los físicos estadounidenses y austriacos han inducido átomos de estroncio ultrafríos en estructuras complejas a diferencia de cualquier otro que se haya visto anteriormente en la naturaleza.
"Estoy sorprendido de que hayamos descubierto una nueva forma de ensamblar los átomos", dijo el físico de la Universidad de Rice Tom Killian. "Muestra cuán ricas pueden ser las leyes de la física y la química". Killian es el científico principal en un nuevo artículoen Cartas de revisión física PRL que resume los hallazgos experimentales del grupo.
Killian se asoció con físicos experimentales del Centro de Materiales Cuánticos de Rice y físicos teóricos de la Universidad de Harvard y la Universidad Tecnológica de Viena en el proyecto de dos años para crear "polarones de Rydberg" a partir de átomos de estroncio que eran al menos 1 millón de veces más fríos que profundosespacio.
El físico de la Universidad de Rice, Tom Killian Los hallazgos del equipo, que se resumen en el documento de PRL y un estudio teórico complementario que aparece esta semana en Revisión física A PRA , revela algo nuevo sobre la naturaleza básica de la materia, dijo Killian.
"Las leyes básicas que aprendemos en la clase de química nos dicen cómo los átomos se unen para formar moléculas, y una comprensión profunda de esos principios es lo que permite a los químicos e ingenieros fabricar los materiales que usamos en nuestra vida cotidiana", dijo."Pero esas leyes también son bastante rígidas. Solo ciertas combinaciones de átomos formarán enlaces estables en una molécula. Nuestro trabajo exploró un nuevo tipo de molécula que no se describe en ninguna de las reglas tradicionales para unir átomos".
Killian dijo que las nuevas moléculas solo son estables a temperaturas extraordinariamente frías, aproximadamente una millonésima de grado por encima del cero absoluto. A temperaturas tan bajas, los átomos constituyentes permanecen quietos el tiempo suficiente como para "pegarse" en estructuras nuevas y complejas,él dijo.
"Una cosa sorprendente es que puedes seguir uniendo un número arbitrario de átomos a estas moléculas", dijo Killian. "Es como unir bloques de Lego, que no puedes hacer con los tipos tradicionales de moléculas".
Dijo que el descubrimiento será de interés para químicos teóricos, físicos de materia condensada, físicos atómicos y físicos que están estudiando átomos de Rydberg para su uso potencial en computadoras cuánticas.
"La naturaleza aprovecha una caja de herramientas fascinante de trucos para unir átomos para formar moléculas y materiales", dijo Killian. "Al descubrir y comprender estos trucos, satisfacemos nuestra curiosidad innata sobre el mundo en que vivimos, y puedea menudo conducen a avances prácticos como nuevos medicamentos terapéuticos o células solares de recolección de luz. Es demasiado pronto para saber si alguna aplicación práctica vendrá de nuestro trabajo, pero una investigación básica como esta es lo que se necesita para encontrar los grandes avances del mañana ".
Los esfuerzos del equipo se centraron en hacer, medir y predecir el comportamiento de un estado específico de la materia llamado polaron de Rydberg, una combinación de dos fenómenos distintos, átomos de Rydberg y polarones.
En los átomos de Rydberg, uno o más electrones se excitan con una cantidad precisa de energía para que orbiten lejos del núcleo del átomo. Los átomos de Rydberg se pueden describir con reglas simples escritas hace más de un siglo por el físico sueco Johannes Rydberg.han sido estudiados en laboratorios durante décadas y se cree que existen en zonas frías del espacio profundo.Los átomos de Rydberg en el estudio PRL tenían hasta un micrón de ancho, aproximadamente 1,000 veces más grandes que los átomos de estroncio normales.
Los polarones se crean cuando una sola partícula interactúa fuertemente con su entorno y hace que los electrones, iones o átomos cercanos se reorganicen y formen una especie de recubrimiento que la partícula lleva consigo. El polarón en sí es un colectivo, un objeto unificado conocidocomo una cuasipartícula, que incorpora propiedades de la partícula original y su entorno.
Los polarones de Rydberg son una nueva clase de polarones en los que el electrón de alta energía y órbita lejana reúne cientos de átomos dentro de su órbita a medida que se mueve a través de una nube densa y ultrafría. En los experimentos de Rice, los investigadores comenzaron creando una nube sobreenfriadade varios cientos de miles de átomos de estroncio. Al coordinar el tiempo de los pulsos de láser con los cambios en el campo eléctrico, los investigadores pudieron crear y contar los polarones de Rydberg uno por uno, formando millones de ellos para su estudio.
Si bien los polarones de Rydberg se habían creado previamente con rubidio, el uso de estroncio permitió a los físicos resolver con mayor claridad la energía de los átomos recubiertos de Rydberg de una manera que revelaba características universales nunca antes vistas.
"Doy mucho crédito a los teóricos", dijo Killian, profesor de física y astronomía. "Desarrollaron técnicas poderosas para calcular la estructura de cientos de partículas que interactúan para interpretar nuestros resultados e identificar las firmas de losPolarones de Rydberg.
"Desde un punto de vista experimental, fue difícil fabricar y medir estos polarones", dijo. "Cada uno vivió solo unos pocos microsegundos antes de que las colisiones con otras partículas lo destrozaran. Tuvimos que usar técnicas muy sensibles para contarlosobjetos frágiles y fugaces "
Los coautores del estudio incluyen a Joe Whalen, Roger Ding y Barry Dunning, todos de Rice; Francisco Camargo, anteriormente de Rice y ahora de AMD; Germano Woehl Jr., anteriormente de Rice y ahora de la Universidad de São Paulo; ShuheiYoshida y Joachim Burgdörfer de la Universidad Tecnológica de Viena; Hossein Sadeghpour del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica; y Richard Schmidt y Eugene Demler de la Universidad de Harvard.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencia, la Fundación Robert A. Welch, el Fondo de Ciencia de Austria, la Oficina de Investigación del Ejército, el Dr. Max Rössler, la Fundación Walter Haefner y la Fundación ETH.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cita esta página :