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El diagrama de cómo podría funcionar un “nivel BEC”: La elipse verde es un BEC de A y la esfera es la burbuja BEC de B. Dos láser que se cortan se usan para monitorizar la posición de la burbuja. (Cortesía: Eddy Timmermans).

Dos físicos de los Estados Unidos han aparecido con una forma de usar una “burbuja· de átomos ultrafríos para medir fuerzas extremadamente pequeñas. El esquema, que aún tiene que comprobarse experimentalmente, implica la monitorización del movimiento de una burbuja de un tipo de gas atómico que está rodeado por otro gas. Los físicos afirman que podrían detectarse aceleraciones tan pequeñas como de 10^-10 m/s2 — permitiendo que el sistema se use para realizar nuevas pruebas de la ley gravitatoria del cuadrado inverso o para estudiar las fuerzas de átomos individuales.

Las medidas tendrían lugar en un Condensado Bose-Einstein (BEC) — un gas de bosones (átomos de con espín de número entero) que son enfriados a temperaturas tan bajas que caen en el mismo estado cuántico. A lo largo de las últimas décadas los físicos han perfeccionado la creación de BECs usando rayos láser entrecruzados para atrapar los átomos ultrafríos y usando campos magnéticos aplicados para ajustar finamente las interacciones entre los átomos.

Más recientemente, los físicos han ideado formas de hacer que los BECs contengan dos tipos distintos de átomos — digamos “A” y “B”. Ajustando los campos magnéticos de tal forma que A y B tiendan a repelerse entre sí, los átomos pueden separarse en dos fases distitnas.

Fuerza de flotabilidad

Ahora, Satyan Bhongale de la Universidad de Rice y Eddy Timmermans del Laboratorio Nacional de Los Álamos han propuesto un sistema que implica una mezcla separada por fase en la que un componente (digamos B) forma una burbuja en el otro (Phys Rev Lett 100 185301).

Timmermans dijo a physicsworld.com que la burbuja estaría sujeta a una fuerza que tiende a empujar la burbuja desde el centro de la trampa hacia los bordes. Esta fuerza de “flotabilidad”, explica, es similar a la fuerza que causa que una burbuja se eleve en el agua. El equipo cree que ajustando el rayo láser que atrapa el BEC, esta fuerza de flotabilidad puede cancelarse con exactitud, provocando que la burbuja flote en el centro de la trampa.

La posición de la burbuja podría monitorizarse iluminando dos láser relativamente débiles a través de la burbuja de tal forma que se corten en su centro. El más ligero movimiento de la burbuja provocado por una fuerza externa podría detectarse monitorizando cuidadosamente los rayos láser. En cierto modo, el sistema es similar a un nivel de burbuja, el cual compensa la flotabilidad e una burbuja con la fuerza de la gravedad, llevando a Bhongale y Timmermans a apodar a su sistema “nivel BEC”.

Medir la gravedad a lo largo de micrómetros

De acuerdo con Timmermans, el nivel podría medir la aceleración gravitatoria aproximadamente en una parte en 10 mil millones. Aunque esto está a la par que los actuales esquemas para medir la gravedad tales como el péndulo de torsión, el nivel BEC podría alcanzar este nivel de precisión a escalas tan pequeñas como los micrómetros – mucho menores que las distancias milimétricas estudiadas por los mejores experimentos existentes. Como resultado, el nivel BEC tiene la capacidad de revelar desviaciones de la conocida ley gravitatoria del cuadrado inverso, que podría finalmente ayudar a los físicos a superar uno de los mayores retos de la física — cómo unificar la gravedad con las otras tres fuerzas de la naturaleza.

Además, Timmermans cree que el nivel BEC podría usarse para estudiar las fuerzas de Casimir-Polder que experimentan los átomos cerca de una superficie. Tales fuerzas se han mostrado muy difíciles de medir pero son de interés para los nanotecnólogos debido a que parecen desempeñar un papel importante en cómo se organizan los átomos en una superficie.

Aunque Timmermans no está al tanto de que otros grupos experimentales estén intentando construir niveles BEC, cree que varios grupos de todo el mundo tienen la experiencia experimental requerida.

Uno de tales grupos es el liderado por el Premio Nobel Carl Wieman en la Univeridad de Colorado y recientemente demostró que un BEC de átomos de rubidio-85 y rubidio-87 podría separarse en dos especies distintas (arXiv:0802.2591). El miembro del equipo Scott Papp (ahora en Caltech) dijo a physicsworld.com que es “plausible que los BECs de fase separada podrían usarse para detección de fuerzas”. Añadió que el equipo de Colorado ya ha demostrado que tales BECs son sensibles a las fuerzas externas tales como la gravedad.

Sin embargo, también observó que realizar el diseño de Bhongale y Timmermans en el laboratorio sería “difícil, pero no imposible”.

Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 21 de mayo de 2008
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Esta entrada fue escrita el Viernes, 23 de Mayo de 2008 a las 6:59 pm y archivada en Fí­sica, Tecnologí­a. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.