Un requisito importante para ver los efectos cuánticos es eliminar toda la energía térmica del movimiento de las partículas, es decir, enfriarla lo más cerca posible de la temperatura cero absoluta. Los investigadores ahora están un paso más cerca de alcanzar este objetivo al demostrar un nuevo método para enfriarnanopartículas levitadas.
Los rayos láser bien enfocados pueden actuar como "pinzas" ópticas para atrapar y manipular pequeños objetos, desde partículas de vidrio hasta células vivas. El desarrollo de este método le ha valido a Arthur Ashkin el premio Nobel de física de los últimos años. Mientras que la mayoría de los experimentos hasta ahora han tenidollevado a cabo en aire o líquido, existe un interés creciente por el uso de pinzas ópticas para atrapar objetos en ultra alto vacío: tales partículas aisladas no solo exhiben un rendimiento de detección sin precedentes, sino que también se pueden usar para estudiar procesos fundamentales de motores de calor nanoscópicos,o fenómenos cuánticos que involucran grandes masas.
Un elemento clave en estos esfuerzos de investigación es obtener un control total sobre el movimiento de las partículas, idealmente en un régimen en el que las leyes de la física cuántica dominen su comportamiento. Los intentos anteriores para lograr esto, o bien han modulado las pinzas ópticas o han sumergido elpartícula en campos de luz adicionales entre configuraciones de espejo altamente reflectantes, es decir, cavidades ópticas. Sin embargo, el ruido láser y las intensidades láser requeridas de gran tamaño han planteado un límite sustancial para estos métodos ". Nuestro nuevo esquema de enfriamiento es prestado directamente de la comunidad de física atómica, donde desafíos similarespara el control cuántico existe ", dice Uros Delic, autor principal del reciente estudio publicado en Cartas de revisión física por investigadores de la Universidad de Viena, la Academia de Ciencias de Austria y el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT, dirigido por Markus Aspelmeyer. La idea se remonta a los primeros trabajos del físico de Innsbruck Helmut Ritsch y de los físicos estadounidenses Vladan Vuleticy Steve Chu, quien se dio cuenta de que es suficiente usar la luz que se dispersa directamente desde las pinzas ópticas si la partícula se mantiene dentro de una cavidad óptica inicialmente vacía.
Una nanopartícula en una pinza óptica dispersa una pequeña parte de la luz de la pinza en casi todas las direcciones. Si la partícula se coloca dentro de una cavidad óptica, una parte de la luz dispersa se puede almacenar entre sus espejos. Como resultado, los fotones son preferentementedispersos en la cavidad óptica. Sin embargo, esto solo es posible para la luz de colores específicos, o dicho de otra manera, energías fotónicas específicas. Si usamos una pinza de luz de un color que corresponde a una energía fotónica un poco más pequeña de lo requerido, las nanopartículas "sacrificarán"parte de su energía cinética para permitir la dispersión de fotones en la cavidad óptica. Esta pérdida de energía cinética efectivamente enfría su movimiento. El método ha sido demostrado para átomos antes por Vladan Vuletic, coautor de este trabajo. Sin embargo, este es el primertiempo se ha aplicado a nanopartículas y se ha utilizado para enfriar en las tres direcciones de movimiento.
"Nuestro método de enfriamiento es mucho más poderoso que todos los esquemas previamente demostrados. Sin las restricciones impuestas por el ruido láser y la potencia láser, el comportamiento cuántico de las nanopartículas levitadas debería estar a la vuelta de la esquina", dice Delic.
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Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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