Es bien sabido que las propiedades cuánticas de los átomos individuales pueden ser controladas y manipuladas por la luz láser. Incluso grandes nubes de cientos de millones de átomos pueden ser empujadas hacia el régimen cuántico, dando lugar a estados cuánticos macroscópicos de materia como los gases cuánticoso condensados de Bose-Einstein, que hoy en día también se usan ampliamente en tecnologías cuánticas. Un siguiente paso emocionante es extender este nivel de control cuántico a objetos de estado sólido. A diferencia de las nubes atómicas, la densidad de un sólido es mil millones de veces mayor ytodos los átomos están obligados a moverse juntos a lo largo del centro de masa del objeto. De esa manera, deberían ser posibles nuevos estados cuánticos macroscópicos que involucren grandes masas.
Sin embargo, entrar en este nuevo régimen no es en absoluto un esfuerzo directo. Un primer paso para lograr dicho control cuántico es aislar el objeto bajo investigación de las influencias del medio ambiente y eliminar toda la energía térmica, enfriándolo a temperaturas bajasmuy cerca del cero absoluto -273,15 ° C de modo que la mecánica cuántica domina el movimiento de la partícula.Para demostrarlo, los investigadores decidieron experimentar con una cuenta de vidrio aproximadamente mil veces más pequeña que un grano de arena típico y que contiene unos cientos de millones de átomos.El aislamiento del medio ambiente se logra atrapando ópticamente la partícula en un rayo láser fuertemente enfocado en alto vacío, un truco que fue introducido originalmente por el premio Nobel Arthur Ashkin hace muchas décadas y que también se utiliza para aislar átomos ". El verdadero desafío espara nosotros enfriar el movimiento de las partículas en su estado fundamental cuántico El enfriamiento por láser a través de transiciones atómicas está bien establecido y es una opción natural para los átomos, perono funciona para los sólidos ", dice el autor principal, Uros Delic, de la Universidad de Viena.
Por esta razón, el equipo ha estado trabajando en la implementación de un método de enfriamiento por láser que fue propuesto por el físico austríaco Helmut Ritsch en la Universidad de Innsbruck y, independientemente, por el coautor del estudio Vladan Vuletic y el premio Nobel Steven Chu.Recientemente anunciamos una primera demostración del principio de funcionamiento, "enfriamiento de la cavidad mediante dispersión coherente", sin embargo, todavía estaban limitados a operar lejos del régimen cuántico. "Hemos mejorado nuestro experimento y ahora no solo podemos eliminar más gas de fondo, sinotambién para enviar más fotones para enfriar ", dice Delic. De esa manera, el movimiento de la cuenta de vidrio se puede enfriar directamente en el régimen cuántico." Es divertido pensar en esto: la superficie de nuestra cuenta de vidrio está extremadamente caliente, alrededor de 300 ° C, porque el láser calienta los electrones en el material. Pero el movimiento del centro de masa de la partícula es ultra frío, alrededor de 0.00001 ° C lejos del cero absoluto, y podemos mostrar que la partícula calientese mueve en unforma cuántica "
Los investigadores están entusiasmados con las perspectivas de su trabajo. El movimiento cuántico de sólidos también ha sido investigado por otros grupos en todo el mundo, junto con el equipo de Viena. Hasta ahora, los sistemas experimentales estaban compuestos por resonadores nano y micromecánicos,en esencia, tambores o trampolines que están sujetos a una estructura de soporte rígida. "La levitación óptica brinda mucha más libertad: al cambiar la trampa óptica, o incluso apagarla, podemos manipular el movimiento de las nanopartículas de formas completamente nuevas".dice Nikolai Kiesel, coautor y profesor asistente en la Universidad de Viena. Varios esquemas en este sentido han sido propuestos, entre otros por los físicos austriacos Oriol Romero-Isart y Peter Zoller en Innsbruck, y ahora pueden ser posibles., en combinación con el estado fundamental de movimiento recién logrado, los autores esperan que esto abra nuevas oportunidades para un rendimiento de detección sin precedentes, el estudio de procesos fundamentales de calormotores en el régimen cuántico, así como el estudio de fenómenos cuánticos que involucran grandes masas."Hace una década comenzamos este experimento motivados por la perspectiva de una nueva categoría de experimentos cuánticos. Finalmente hemos abierto la puerta a este régimen".
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Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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