El BEC sigue el flujo

(a) Punto 3D de la potencial trampa toroidal. (b) Imagen del BEC dentro de la trampa. (c) Sin flujo persistente alrededor de la trampa, los átomos del BEC (en rojo) pueden precipitarse al centro. (d) El flujo persistente mantiene a los átomos alejados del centro. (Crédito: Physical Review Letters)

La superfluidez, donde un líquido fluye sin fricción, y la superconductividad, donde una corriente eléctrica fluye sin resistencia eléctrica, se han convertido en fases familiares a baja temperatura de la materia condensada. Ahora, físicos de los Estados Unidos han observado un “flujo persistente” similar en un Condensado Bose–Einstein (BEC), el cual podría ayudar a explicar cómo la fase de BEC se relaciona con los superconductores y los superfluidos.

Un BEC tiene lugar cuando un gas de bosones, o átomosde número espín entero, es enfriado a unas temperaturas tan bajas que la gran mayoría de ellos caen en el estado de momento cero. Esto significa que los átomos se comportan como una única entidad coherente, una propiedad compartida por los superfluidos y superconductores. No obstante, estas fases no son BECs puros debido a que ambas tienen fuertes interacciones atómicas, lo cual arrastra a muchos átomos a estados de momento más altos. Por contra un BEC sólo tiene interacciones débiles entre átomos.

Los científicos habían demostrado antes, a pesar de las diferencias, que los BECs y los superfluidos pueden comportarse de forma similar apoyándose en los vórtices cuantizados de los átomos. Pero hasta ahora no había sido capaces de hacer que un BEC exhibiese una de las marcas más reconocibles de los superfluidos y superconductores – el flujo persistente.

Transfiriendo momentos

Bill Phillips, Kris Helmerson y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Maryland puede instigar un flujo persistente en un BEC que consiste en átomos de gas de sodio enfriados justo por encima del cero absoluto.

Comenzaron atrapando el BEC en una forma circular con campos magnéticos, y entonces agujerearon el centro con un láser para crear un potencial repulsivo — esencialmente haciendo una trampa toroidal, o en forma de anillo. Entonces iluminan dos rayos láser en el BEC desde direcciones opuestas. Los átomos absorben un fotón de uno de estos dos rayos y lo re-emiten hacia el otro, dejando a ambos con la diferencia de momento angular de los rayos.

El resultado de esta transición de momento es que todos los átomos del anillo están configurados en un flujo persistente (Phys. Rev. Lett. 99 260401). El equipo del NIST lo ha hecho continuo durante 10 segundos, pero Helmerson dijo a physicsworld.com que sólo las limitaciones técnicas evitan que se haga de forma perpetua. “Si no hubiese flujo en las condiciones experimentales y el vacío [alrededor del BEC] fuese mucho mejor, entonces el flujo deberían continuar de forme indefinida”, dijo.

Los investigadores sugieren que una barrera de túnel cuántica podría insertarse en el anillo para hacerlo análogo a un “dispositivo superconductor de interferencia cuántica” (SQUID), posiblemente arrojando luz sobre las similitudes entre los BECs y los superconductores. Además, creen que podrían modificar si anillo para confinar el gas de forma más compacta, lo cual podría ayudar a los físicos a comprender cómo se relacionan los BECs con los superfluidos en una o dos dimensiones.



Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 8 de enero de 2008
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