Una mirada profunda al mundo cuántico dipolar
Un microscopio de gas cuántico ultrapreciso para observar la materia cuántica magnética
Dos grupos de investigación líderes mundiales, uno dirigido por Francesca Ferlaino y el otro por Markus Greiner, han combinado sus conocimientos y desarrollado un microscopio de gas cuántico ultrapreciso para observar la materia cuántica magnética. Con él se pueden observar estados cuánticos complejos y dipolares, que son el resultado de la interacción de las partículas, según informan los científicos.
El microscopio cuántico de gas se asemeja a un barco de cristal: la cámara de vacío y la lente se encuentran en una celda de cristal, y se utilizan rayos láser para crear un cristal de luz en la cámara.
M.R.Knabl
Los átomos magnéticos son el núcleo de la investigación de Francesca Ferlaino sobre la materia cuántica. Estas partículas tienen propiedades incomparables para los experimentos cuánticos. En el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austriaca de Ciencias y en el Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, la física experimental y su equipo investigan estados de la materia que hasta ahora no podían estudiarse. En 2012, por ejemplo, realizaron el primer condensado de Bose-Einstein de erbio y en 2019 fueron uno de los tres equipos que observaron por primera vez estados suprasólidos en gases cuánticos ultrafríos de átomos magnéticos. El equipo, dirigido por el físico de origen alemán Markus Greiner, es pionero en el desarrollo de técnicas ópticas para la observación directa de átomos individuales. En la Universidad de Harvard, los físicos han utilizado la microscopía de alta resolución para visualizar muchos fenómenos exóticos en gases cuánticos ultrafríos fuertemente correlacionados, como fases antiferromagnéticas en 2017.
Hace unos años, Ferlaino y Greiner decidieron combinar sus conocimientos y construir conjuntamente un microscopio de gas cuántico para átomos magnéticos, con el objetivo de hacer accesibles nuevos fenómenos. "Debido a su carácter fuertemente magnético, las partículas se influyen mutuamente a distancias mucho mayores que las partículas no magnéticas y su influencia actúa siempre en una dirección determinada", explica Francesca Ferlaino. "Debido a las propiedades de las partículas, podemos observar interacciones en estos gases cuánticos que no pueden verse en los experimentos convencionales. Esto nos ofrece conocimientos completamente nuevos sobre el funcionamiento de los sólidos".
Nuevos sólidos cuánticos observados
Los equipos de investigación trabajaron juntos durante años para desarrollar el nuevo experimento e instalaron dos microscopios en Austria y Estados Unidos. "Fabricamos partes del aparato aquí, en Innsbruck", explica Ferlaino. En la actualidad, tanto Harvard como Innsbruck disponen de un microscopio cuántico para gases cuánticos dipolares. Utiliza rayos láser para crear una rejilla luminosa en la que se distribuyen átomos de erbio enfriados a temperaturas extremadamente bajas. Se pueden utilizar campos magnéticos para alinear las partículas de forma diferente y controlar así las interacciones. La lente del microscopio se encuentra dentro de una célula de vacío de vidrio, por lo que la construcción recuerda a un barco en una botella.
El grupo de Markus Greiner presenta ahora los primeros resultados de este trabajo en la revista científica Nature. Los científicos han logrado demostrar cómo se pueden crear diferentes sólidos cuánticos dipolares a partir de fases superfluidas manipulando las interacciones en el aparato. Estos aparecen en el microscopio como diferentes patrones: rayas transversales, patrones en damero o rayas diagonales. "Aquí, la interacción dirigida de largo alcance de las partículas determina las propiedades de la nube de materia, se rompe la fuerza ordenadora del cristal de luz", explica Francesca Ferlaino.
La base de este avance fueron muchos años de estrecha colaboración entre dos grupos de investigación experimental al otro lado de un océano. El trabajo conjunto permite ahora simular sistemas cuánticos con interacciones direccionales y de largo alcance, lo que sienta las bases de nuevos conocimientos sobre las propiedades de la materia cuántica. "Esto es interesante para todos los fenómenos dominados por estas interacciones, como el ferromagnetismo", afirma Ferlaino con entusiasmo.
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 Alemán se puede encontrar aquí.
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