Algunos átomos simplemente se niegan a obedecer la entropía
Shutterstock / Mendin
Energizar repetidamente una colección de átomos ultracoldos debería destruir su estructura colectiva, pero los efectos cuánticos parecen contrarrestar el proceso.
El destino final de cualquier sistema físico debe ser la “termalización”, un proceso por el cual todo se calienta y se vuelve uniforme y sin características, como una escultura de hielo Convertirse en un charco de agua. Intuitivamente, supondríamos que arrojar repetidamente rocas a la escultura solo podría acelerar este proceso, pero Hanns-Christoph nӓgerl en la Universidad de Innsbruck en Alemania y sus colegas hicieron un experimento que esencialmente hizo esto para Algunos de los átomos más fríos en el planeta y no los vi termalizar.
“Esperábamos ver lo contrario”, dice Nӓgerl. Los investigadores utilizaron alrededor de 100,000 átomos de cesio que se enfriaron en miles de millones de grado de grado de Absoluto cero Al golpearlos con láseres y fuerzas electromagnéticas, a esta temperatura, el comportamiento de los átomos es completamente cuántico. El equipo organizó los átomos en miles de tubos de un átomo de espesor. Luego, comenzaron a “patearlos” brillando un pulso láser adicional en los átomos una y otra vez.
Debido a que estas patadas le dieron a los átomos energía extra, deberían haberlos hecho calentar y volar con diferentes velocidades. Miembro del equipo Yanliang guo Dice que nunca vieron que esto sucediera, incluso cuando él y sus colegas intentaron aplicar patadas de diferentes fortalezas y ajustar cuán fuertemente interactuaron los átomos entre sí. Los átomos se movían con una velocidad muy similar, como si todos estuvieran “congelados” en un solo estado cuántico.
La idea de partículas cuánticas superando la termalización No es nuevo, data de la década de 1950, y la cuestión de cuándo puede suceder esto ha alimentado durante mucho tiempo los debates de los físicos. El miembro del equipo, Manuele Landini, dice que los experimentos anteriores que exploraron cómo patear los átomos afecta si se calientan descubrieron que eventualmente lo hacen, pero el experimento de su equipo exploró una gama diferente de parámetros, por lo que puede haber capturado una física realmente nueva.
Las teorías matemáticas de lo que está sucediendo también son desafiantes y en conflicto. Adam Rançon En la Universidad de Lille en Francia, dice que calcular si los átomos interactuar se calentarán es tan difícil que los investigadores a menudo solo pueden completar los cálculos para dos o tres átomos. Hay ideas sobre cómo los estados cuánticos de los átomos que interactúan muy fuertemente pueden superponerse de la manera correcta para producir un estado que no absorbe energía, pero, en su opinión, la imagen es incompleta.
Experimentos como el nuevo pueden actuar como simuladores cuánticos Eso puede ir más allá, pero Rançon dice que hay que explorar algunas fortalezas de patada e interacción.
Robert Konik en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York ha trabajado en un modelo matemático de un sistema como el del nuevo experimento, que predecía el comportamiento extraño de los átomos. Él dice que identificar sistemas que no siguen absorbiendo energía de las patadas también pueden ofrecer inspiración para nuevas tecnologías cuánticas. Esto se debe a que el estado cuántico de que los átomos se atascan se vuelven duraderos y podrían usarse de manera confiable para detectar o almacenar información. “La termalización es siempre el beso de la muerte a los efectos cuánticos”, dice.
Los investigadores ya están trabajando en experimentos de seguimiento para organizar átomos en tubos más gruesos y les permiten moverse entre diferentes tubos para ver si eso puede “descongelar” sus velocidades.
Temas: