7 Septiembre 2009
del Sitio Web CordisEuropa

En Austria, unos investigadores financiados con fondos comunitarios y dedicados a la física de átomos ultrafríos han generado un estado exótico en el que los átomos se alinean en una estructura unidimensional, creando una «fase de múltiples cuerpos» estable con nuevos estados mecánicos cuánticos.

Sus hallazgos, publicados en la revista Science, inauguran un nuevo campo de estudio dentro de la física cuántica.

Estos resultados son fruto del proyecto NAME-QUAM («Nanodiseño de materia cuántica atómica y molecular»), financiado con 2 millones de euros por medio del tema «Tecnologías de la información y las comunicaciones» del Séptimo Programa Marco (7PM).

Los socios de NAME-QUAM estudian una tecnología relacionada con la materia cuántica de moléculas y átomos ultrafríos con el propósito de hallar métodos novedosos y alternativos para el procesamiento de información cuántica de forma escalable y miniaturizable.

La «física cuántica de múltiples cuerpos» es un campo especializado en el que la comunidad científica ha observado una amplificación espectacular de los efectos de las fluctuaciones cuánticas cuando las interacciones entre las partículas son fuertes y la geometría del sistema es simple. Algunos ejemplos bien conocidos son los puntos cuánticos de cero dimensiones y los hilos cuánticos unidimensionales.

No obstante, conseguir tal fase en estado excitado que también perdure es difícil desde el punto de vista experimental, porque los sistemas se desintegran con rapidez, en parte por el «acoplamiento» con el entorno.

En la investigación referida, los científicos, dirigidos por Hanns-Christoph Naegerl, de la Universidad de Innsbruck (Austria), se percataron de la posibilidad de utilizar átomos ultrafríos para generar una fase con múltiples cuerpos, excitada, de fuertes interacciones y larga duración.

Los átomos fríos pueden desacoplarse del entorno con facilidad, explicaron, y sus interacciones son ajustables.

«Los gases cuánticos ultrafríos ofrecen una gran ventaja: pueden aislarse del entorno con bastante facilidad», señaló el Dr. Naegerl.

Los bosones son partículas que pueden ocupar el mismo estado cuántico, es decir, los que poseen la misma energía pueden ocupar el mismo lugar en el espacio.

Entre los bosones que se han observado experimentalmente están los fotones, que son vectores de fuerza de un campo electromagnético, y los gluones, que también son vectores de fuerza que subyacen a la intensa fuerza nuclear.

Los investigadores mencionados produjeron un gas cuántico compuesto de átomos bosónicos de cesio en una cámara de vacío. A continuación generaron una retícula óptica con dos haces de láser que confinó los átomos a estructuras verticales unidimensionales, habiendo hasta quince átomos alineados en cada «tubo». Los haces de láser impedían que los átomos se salieran de su lugar.

Conseguido esto, los científicos aplicaron un campo magnético para ajustar la interacción entre los átomos.

«Al incrementar la energía de interacción entre los átomos (interacción de atracción), los átomos empiezan a aproximarse entre sí y la estructura se desintegra con rapidez», explicó el Dr. Naegerl.

Esto se denomina «efecto de Bosenova». Cuando se reduce al mínimo la energía de interacción, los átomos pueden repelerse en lugar de atraerse, lo que les permite alinearse de manera vertical y regular a lo largo de una estructura unidimensional. El sistema resultante es estable.

Los investigadores observaron un efecto sorprendente cuando cambiaron las interacciones entre los átomos, es decir, cuando éstos pasaron de repelerse fuertemente a atraerse con intensidad.

Consiguieron,

«una fase exótica similar a gas en la que los átomos están excitados y correlacionados, pero sin llegar a unirse, y no se produce el llamado "efecto de Bosenova"», informó el Dr. Naegerl.

Según otro de los investigadores de la Universidad de Innsbruck, Elmar Haller, esta fase ya se predijo hace cuatro años.

«Pero esta es la primera vez que la hemos materializado experimentalmente», declaró.

Las mismas condiciones experimentales se repetirán en estudios futuros para investigar las propiedades de los hilos cuánticos, que hasta ahora han sido extremadamente difíciles de observar. Futuras indagaciones sobre las estructuras de bajas dimensiones también podrían esclarecer el funcionamiento de los superconductores de alta temperatura.

Este estudio recibió apoyo del programa EuroQUASAR («Iniciativa de financiación para la investigación multidisciplinaria en el campo de la metrología y los estándares cuánticos») de la Fundación Europea de la Ciencia por medio del proyecto de investigación colectiva «Quantum-degenerate gases for precision measurements» («Gases cuánticos degenerados para mediciones de precisión»).

Uno de los investigadores también contó con una beca Marie Curie para beneficiarios de terceros países del 7PM.