viernes, 24 de abril de 2015

Nanoesferas enfriadas con luz para explorar la existencia de fenómenos cuánticos en objetos grandes

Unos científicos han desarrollado una nueva tecnología que algún día podría crear fenómenos cuánticos en objetos mucho más grandes que lo conseguido hasta la fecha.

El equipo de James Millen, Peter Barker y Tania Monteiro, del University College de Londres en el Reino Unido, suspendió con éxito en el vacío partículas de vidrio de 400 nanómetros de diámetro utilizando un campo eléctrico, y después usó láseres para enfriarlas hasta unos pocos grados por encima del Cero Absoluto, el cual es la temperatura más fría que las leyes de la física permiten. Estos son los requisitos previos esenciales para hacer que un objeto se comporte según los principios cuánticos.

Los fenómenos cuánticos son extraños y parecen contravenir la lógica. Incluyen la superposición, donde la posición o energía de una partícula existe en dos o más estados al mismo tiempo, y el entrelazamiento, donde dos partículas comparten el mismo estado (y cambian conjuntamente) a pesar de no tocarse entre sí. Pero los fenómenos cuánticos solo son observables en los objetos más pequeños, tales como átomos o moléculas, y normalmente duran muy poco, apenas una fracción de segundo. Además, el propio acto de observarlos, o la interacción entre ellos y su entorno, bastan para destruir su estado cuántico.

Los objetos diminutos como los átomos se comportan según las leyes de la física cuántica. Los objetos grandes, como los que vemos a nuestro alrededor, no lo hacen. Pero no hay una línea divisoria obvia a partir de la cual el comportamiento cuántico deba acabar, tal como sostiene Millen. Los objetos más grandes de los que se ha logrado que se comporten de una manera cuántica son moléculas de unos 800 átomos. Millen y sus colegas están intentando hacer lo mismo con partículas de vidrio hechas de hasta miles de millones de átomos, de un tamaño semejante al de los virus. Esto es pequeño a escala humana, pero es enorme desde el punto de vista de los fenómenos cuánticos. Incluso son lo bastante grandes como para ver sus destellos a ojo desnudo si las iluminamos.


Foto de una nanopartícula de vidrio suspendida entre dos espejos. La instalación usada en los experimentos de la nueva investigación es muy similar, pero utiliza luz infrarroja (invisible para la vista humana) en vez de la luz verde visible aquí. (Foto: James Millen, UCL Physics & Astronomy)

Inducir estados cuánticos a objetos precisa de una refrigeración potente, para acercar la temperatura al Cero Absoluto, cuando los átomos dejan de vibrar. Las tecnologías que se usan ampliamente, como el enfriamiento por láser, y que funcionan para átomos, no lo hacen para tales objetos grandes, y hay que recurrir a otras estrategias complementarias. Los autores del nuevo estudio se han valido de la luz láser para enfriar la partícula en combinación con un campo eléctrico que hace que ésta levite.

El equipo de investigación aún está a unos pocos grados de alcanzar la temperatura requerida para crear un comportamiento cuántico en las nanoesferas de vidrio, pero con espejos mejorados esto debería ser relativamente sencillo de lograr. Y una vez las nanoesferas estén lo bastante frías, el equipo cree que deberían comportarse según los principios cuánticos.

Cuando la tecnología se ponga en práctica con éxito y demuestre su validez, podría dar lugar a sensores de movimiento con una precisión enorme que serían capaces de detectar hasta el más ligero temblor, utilizables para diversas aplicaciones y también como componentes clave en redes de ordenadores cuánticos

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