Utilizar los iones para encontrar moléculas
Los físicos utilizan un único ion atrapado para detectar moléculas ultrafrías
Cuando pensamos en iones, solemos pensar en átomos individuales que han perdido o ganado algunos electrones, pero moléculas enteras también pueden convertirse en iones. En una nueva publicación destacada como Sugerencia del Editor en Physical Review Letters, físicos de la Universidad de Ámsterdam, QuSoft y la Universidad de Stony Brook, muestran que se pueden crear iones moleculares fríos mediante un nuevo método, y que son una herramienta muy útil para detectar pequeñas cantidades de otras moléculas regulares.
Dibujo de la colisión estudiada entre un ion Yb y una molécula de Li2 Feshbach, que da lugar a un ion molecular LiYb+. El fondo muestra una vista del experimento de iones-átomos híbridos en la Universidad de Ámsterdam.
University of Amsterdam
Iones atrapados
Un ion es un átomo o molécula con un exceso o defecto de electrones. Al ser partículas cargadas, los iones pueden ser "atrapados" por campos electromagnéticos: es fácil mantenerlos en una posición fija. Los iones atrapados constituyen una plataforma prometedora para la computación cuántica. La razón es que pueden almacenarse durante mucho tiempo y que los láseres modernos permiten a los físicos controlar iones individuales con mucha precisión. Estas propiedades también convierten a los iones atrapados en los principales candidatos para estudiar las reacciones químicas, especialmente cuando se sumergen en un baño de átomos o moléculas normales.
En muchos experimentos de física, es útil estudiar partículas que están extremadamente frías, simplemente porque las partículas frías se mueven más lentamente y vibran menos, por lo que hay menos "ruido" en el experimento. Hasta ahora, los estudios sobre moléculas iónicas se limitaban a moléculas frías con temperaturas en torno a 1 kelvin (es decir, un grado por encima de la temperatura del cero absoluto), pero el experimento híbrido iónico-atómico de la Universidad de Ámsterdam utiliza ahora moléculas con temperaturas de sólo unas millonésimas de kelvin, estudiando las colisiones iónicas-moléculas más frías del mundo.
Los físicos dirigidos por René Gerritsma, del Instituto de Física de la UvA y QuSoft, en colaboración con Arghavan Safavi-Naini (UvA/QuSoft) y Jesús Pérez-Ríos (Universidad de Stony Brook), midieron el ion molecular creado en una reacción química en la que las moléculas de litio (Li2) y los iones atómicos de iterbio (Yb+) se convierten en átomos de litio (Li) e iones moleculares de litio-iterbio (LiYb+). Así pudieron utilizar esta reacción química para detectar cantidades muy pequeñas de moléculas.
Gases ultrafríos
Además de sus numerosos usos, como su empleo en relojes de extrema precisión y simulaciones cuánticas de sistemas de muchos cuerpos, los gases ultrafríos también pueden utilizarse para crear moléculas frías. Mediante una técnica llamada magneto-asociación, se pueden crear los llamados dímeros de Feshbach a partir de un gas ultrafrío, es decir, moléculas tan frías como el gas del que proceden sus partes. Combinando estas moléculas con un único ion atrapado, los físicos del IoP Henrik Hirzler, Rianne Lous y Eleanor Trimby observaron por primera vez reacciones químicas entre iones y moléculas ultrafrías.
Los investigadores observaron que las colisiones entre un solo ion y un dímero de Feshbach daban lugar a la formación del mencionado ion molecular, en el que uno de los átomos de la molécula queda pegado al ion. Al observar la fluorescencia del ion, la formación del ion molecular se puede observar al ver que la fluorescencia se oscurece, resultado del hecho de que el ion molecular tiene niveles de energía que difieren de los del ion atómico. La presencia del ion molecular también se confirmó midiendo la frecuencia con la que resuena en la trampa de iones, una frecuencia que difiere para las partículas moleculares más pesadas. Otras mediciones revelaron que, de hecho, cada colisión ion-molécula daba lugar a la formación de un ion molecular.
Una reacción útil
El grupo descubrió entonces que sus métodos eran muy sensibles: podían utilizar la reacción Li2 +Yb+ → LiYb+ + Li para detectar sólo unas 50 moléculas en una nube de 20.000 átomos. Para esas cantidades mínimas de moléculas, las técnicas normales de obtención de imágenes suelen fallar. Por tanto, el ion podría utilizarse como un sensor mucho mejor para las moléculas. Este resultado es un primer paso para poder sondear estados cuánticos de la materia con un solo ion como detector.
La reacción química fría observada también apunta a un nuevo método para obtener iones moleculares fríos y controlables. Esto es especialmente interesante para la espectroscopia de precisión y para comprender mejor las colisiones y la química ultrafría.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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