Interacciones de ondas p accidentalmente halladas en átomos ultrafríos

ComparteTweet about this on TwitterShare on Facebook0Email this to someoneShare on Google+1Share on Reddit0Share on LinkedIn1Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Print this page

Artículo publicado por Hamish Johnston el 2 de marzo de 2016 en physicsworld.com

Una medida realizada bajo unas condiciones experimentales “incorrectas” ha dado a físicos de Canadá y China una inesperada visión sobre cómo interactúan entre sí los átomos en gases ultrafríos.

Scott Smale era un nuevo estudiante de doctorado en el laboratorio de Joseph Thywissen, en la Universidad de Toronto, cuando tomó los datos de espectroscopia procedentes de átomos de potasio atrapados que, accidentalmente, se dejó que interactuasen entre sí mediante un proceso de onda p, donde los átomos no colisionan frontalmente. Esto fue un error, dado que la creencia común mantiene que las interacciones de ondas p hacen que los átomos sean muy difíciles de atrapar, y que el ensamblaje se dispersaría muy rápidamente, antes de que Smale viese algo. En lugar de esto, logró medir características muy distintivas de un gas regido por interacciones de ondas p, el cual él y sus colegas han estado estudiando desde entonces con mucho más detalle.

“La naturaleza nos sorprendió”, comenta Thywissen. “Hubo una maravillosa señal espectroscópica de un nuevo tipo de presión debida a las interacciones de ondas p“.

Joseph Thywissen en su laboratorio

Joseph Thywissen en su laboratorio Crédito: Universidad de Toronto

Las interacciones de ondas p tienen lugar cuando dos partículas colisionan en un choque oblicuo. Si la fuerza entre los átomos es atractiva, los átomos pueden quedar ligados en un estado cuántico con un momento angular orbital.

Colisiones de contacto

Para comprender mejor qué sucedía en este experimento, el equipo de Toronto unió fuerzas con los teóricos Shizhong Zhang de la Universidad de Hong Kong y Zhenhua Yu de la Universidad de Tsinghua. Los investigadores definieron las colisiones entre átomos en términos de dos parámetros “de contacto”. Esta descripción difiere de la de un gas ultrafrío, en la que las colisiones frontales de ondas s son las predominantes y sólo se necesita un parámetro de contacto para describir la presión debida a las colisiones.

Los investigadores midieron entonces los valores de los parámetros de contacto usando una técnica conocida como espectroscopia dinámica, que les permitió preparar y estudiar los átomos más rápidamente de lo que era posible en el pasado. “Nuestras observaciones necesitaron menos de un milisegundo”, señala Thywissen. “Los estudios anteriores buscaban propiedades que requerían una observación más prolongada. Eso nos permitió ver algo antes de que las pérdidas se hicieran demasiado significativas”.

El estudio implicó dos escenarios experimentales distintos. En el primero, se dispararon ondas de radio contra el gas, lo que provocó que algunos átomos transicionaran a un estado atómico que no interactúa mediante colisiones de ondas p. Un detallado análisis de la velocidad de transición como una función de la radiofrecuencia aplicada da al equipo valores para ambos parámetros de contacto. El segundo escenario implica desactivar el campo magnético de la trampa y permitir que el gas se expanda durante algunos microsegundos. Entonces se mide la distribución del momento de los átomos y se deduce el valor de los parámetros de contacto en base a estos datos.

Los físicos ya saben que las interacciones de ondas p desempeñan un papel importante en el helio-3 superfluido, que se forma a temperaturas ultrafrías cuando los átomos de helio-3 fermiónico quedan unidos en pares de ondas p. Estos pares son bosones, los cuales pueden condensarse en un superfluido. El emparejamiento en ondas p de electrones también se cree que desempeña un papel en la superconductividad de algunos materiales, aunque las pruebas de esto siguen siendo poco concluyentes.

Los gases atrapados de átomos ultrafríos ofrecen a los físicos una forma de estudiar cómo las interacciones entre átomos o electrones dan como resultado fenómenos tales como la superconductividad y la superfluidez. Esto se debe a que la fuerza de las interacciones entre los átomos ultrafríos puede ser ajustada mediante la modificación de los campos magnéticos que se usan para atrapar el gas.

Buscar la condensación

El equipo está ahora diseñando nuevos experimentos para lograr una mejor comprensión de las interacciones de ondas p. De acuerdo con el miembro del equipo Chris Luciuk, tratar con la pérdida de átomos para mantener unido al gas durante un tiempo mayor aún es un desafío clave. Las opciones para aumentar el tiempo de vida del gas incluyen el confinamiento de átomos en dos dimensiones y el uso de láser además de campos magnéticos para ajustar las interacciones. “Idealmente, podríamos buscar los emparejamientos de ondas p que llevan a la condensación”, comenta Luciuk a physicsworld.com.

La investigación se detalla en la revista Nature Physics.

Un comentario

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *