Demostración de las resonancias de Feshbach entre un solo ion y átomos ultrafríos
Los investigadores estudian la interacción entre los átomos de litio y los iones de bario aislados en ultra alto vacío y atrapados mediante trampas de luz
Un equipo dirigido por el Prof. Dr. Tobias Schätz, catedrático de Física Atómica y Cuántica del Instituto de Física de la Universidad de Friburgo, el Dr. Pascal Weckesser, Fabian Thielemann y sus colegas, demuestra las resonancias magnéticas de Feshbach entre un solo ion de bario y átomos de litio a una temperatura cercana al cero absoluto. Los investigadores descubrieron que, dependiendo de la fuerza del campo magnético externo, se puede controlar la expansión del ion y los átomos. "A estas temperaturas ultrafrías, las colisiones entre partículas revelan su naturaleza mecánica cuántica", explica Schätz. "Nuestra investigación ha demostrado que estamos aprendiendo un poco más sobre las posibilidades de controlar las propiedades mecánicas cuánticas de la dualidad onda-partícula". El grupo ha publicado sus resultados en la revista Nature.
Impresión artística de un ion individual que interactúa con varios átomos con carácter ondulatorio.
Ella Maruschtschenko, Universität Freiburg
Los efectos cuánticos dominan a temperaturas ultrabajas
En la física clásica, la formación molecular de átomos e iones suele ralentizarse al disminuir la temperatura hasta que finalmente se enfría tanto que las partículas individuales se quedan quietas y no puede producirse ninguna colisión o reacción. Sin embargo, las leyes de la física cuántica predicen que a temperaturas ultrabajas dominan los efectos cuánticos en lugar de las leyes clásicas, y la colisión de átomos e iones sigue repentinamente reglas diferentes. En el ámbito cuántico, en el que prevalece la llamada dualidad onda-partícula, una temperatura ultrafría -apenas por encima del cero absoluto, a -273,15 grados Celsius- provoca un aumento de las tasas de colisión. La razón es que las partículas ya no pueden describirse como esferas que colisionan, sino como paquetes de ondas que pueden superponerse, amplificarse o anularse como las ondas del agua.
Resonancias de Feshbach a pesar de una mayor interacción
La superposición de las ondas da lugar a resonancias, que los investigadores de Friburgo estudiaron. "Entre otras cosas, encontramos resonancias Feshbach entre iones de bario y átomos de litio controlando sus procesos de interacción con la ayuda de un campo magnético", dice Schätz. Las resonancias Feshbach se habían demostrado anteriormente en colisiones de átomos lentos. Sin embargo, el grupo de investigación pudo hacerlo ahora en un régimen significativamente diferente de interacción fuerte prevalente debido a la carga del ion. Además de los campos magnéticos, los científicos utilizaron en su laboratorio el ultravacío y jaulas de luz para aislar los átomos e iones refrigerados por láser.
"La investigación básica sobre mecánica cuántica está saliendo cada vez más del laboratorio y entrando en el mundo real. Al estudiar los efectos en condiciones idealizadas en el laboratorio, podemos comprenderlos mejor y utilizarlos de forma controlada y amplia, impulsados por la curiosidad y con la perspectiva de controlar y aumentar la eficacia de las reacciones químicas, hasta encontrar nuevas vías para el flujo de cargas en los sólidos", afirma Schätz.
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