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La cámara de vacío en la que se enfriaron moléculas de cuatro átomos hasta casi el cero absoluto

Instituto Max Planck de Óptica Cuántica

Las moléculas que contienen cuatro átomos son las más grandes que aún no se han enfriado a sólo cien milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto.

Las técnicas que utilizan los investigadores para enfriar átomos individuales, como golpearlos con láseres y fuerzas magnéticas, no funcionan tan bien con las moléculas. Esto es especialmente cierto para las moléculas formadas por muchos átomos, porque para estar muy frías deben estar muy quietas: cuantas más partes móviles tenga una molécula, más oportunidades tendrá de moverse y calentarse.

«Tenemos el chiste de que estudiamos moléculas no porque sea fácil, sino porque es difícil», dice Xin-Yu Luo en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania. Él y sus colegas han conseguido que las moléculas de cuatro átomos estén más frías que nunca.

Comenzaron con varios miles de moléculas compuestas por un átomo de sodio y un átomo de potasio, que confinaron en una cámara sin aire y las enfriaron (es decir, las dejaron muy quietas) con fuerzas magnéticas y ráfagas de luz. El temperatura más fría posible es 0 kelvin, o cero absoluto; estas moléculas eran sólo 97 milmillonésimas de kelvin más cálidas.

Para convertir estas moléculas de dos átomos en moléculas de cuatro átomos, los investigadores tuvieron que combinarlas en pares sin permitir que se calentaran. Utilizaron campos de microondas para «pegar» moléculas basándose en cálculos teóricos de Tao Shi y Su Yi la Academia China de Ciencias. «Realmente no sabíamos si podíamos ensamblar estas moléculas, pero el equipo de Tao hizo un cálculo y me dijo: ‘esto es posible, inténtalo'», dice Luo.

Sus pruebas tuvieron éxito. Los investigadores crearon alrededor de 1.100 moléculas, cada una con dos átomos de potasio y dos de sodio, a una temperatura de 134 milmillonésimas de kelvin, las moléculas más grandes que han alcanzado esta temperatura ultrafría hasta el momento.

«En primer lugar, una de las razones por las que se hacen moléculas ultrafrías es para tener más control sobre ellas, y este es un gran paso adelante en ese sentido», dice Juan Bohn en la Universidad de Colorado Boulder. El nuevo experimento es importante no sólo por la temperatura sin precedentes de las moléculas, sino también porque en su punto más frío, entran en un estado cuántico conocido y podrían ser empujadas a otro estado o proceso. con precisiónél dice.

Luo dice que los átomos de estas moléculas no están «pegados» entre sí con tanta fuerza como los de las moléculas a temperatura ambiente. Pero fabricarlos es un paso necesario para estudiar reacciones químicas complicadas, que son más fáciles de observar cuando son extremadamente frías y lentas.

La siguiente pregunta es ¿Qué otras moléculas, posiblemente incluso más grandes? podría construirse a temperaturas ultrafrías a partir de ingredientes igualmente fríos con una técnica de microondas similar, dice Sebastián Will en la Universidad de Columbia en Nueva York. «¡Creo que estamos buscando nuevas y emocionantes oportunidades para la química cuántica!» él dice.

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