Colocan átomos sueltos mucho más cerca unos de otros de lo normal

La proximidad es esencial para muchos fenómenos cuánticos, ya que las interacciones entre átomos son más fuertes cuanto más cerca están unos de otros los átomos. En muchos experimentos cuánticos, los científicos acortan la distancia entre átomos sueltos e inmóviles tanto como pueden, con el fin de explorar estados exóticos de la materia y construir nuevos materiales cuánticos.

Para ello, suelen enfriar los átomos hasta dejarlos inmóviles y, a continuación, utilizan luz láser para acercarlos unos a otros a distancias de hasta tan solo 500 nanómetros, un límite establecido por la longitud de onda de la luz. Ahora, unos físicos han desarrollado una técnica que les permite colocar los átomos mucho más cerca unos de otros, a apenas 50 nanómetros.

Los físicos demostraron el nuevo método en experimentos con disprosio, el átomo más magnético de la naturaleza. Utilizaron el nuevo método para manipular dos capas de átomos de disprosio y colocaron las capas a una distancia exacta de 50 nanómetros. A esta proximidad extrema, las interacciones magnéticas eran 1.000 veces más fuertes que si las capas estuvieran separadas por 500 nanómetros.

Además, los científicos pudieron observar y medir dos nuevos efectos causados por la proximidad de los átomos. El aumento de las fuerzas magnéticas provocó la «termalización», es decir, la transferencia de calor de una capa a otra, así como oscilaciones sincronizadas entre las capas. Estos efectos desaparecieron a medida que se distanciaban las capas.

Estos experimentos pioneros son obra de un equipo integrado, entre otros, por Li Du y Wolfgang Ketterle, ambos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

La nueva técnica para acercar átomos hasta distancias tan cortas puede aplicarse a los átomos de muchos otros elementos químicos además del disprosio, y permitirá estudiar fenómenos cuánticos de un modo que hasta ahora no era viable. El equipo de investigación planea utilizar la técnica para manipular átomos en configuraciones que podrían generar la primera puerta cuántica puramente magnética, un componente clave para un nuevo tipo de computadora cuántica.

Los físicos del MIT han desarrollado una técnica para posicionar átomos sueltos (representados como esferas con flechas) mucho más cerca de lo que era posible hasta ahora, hasta una distancia mínima de 50 nanómetros. El grupo planea utilizar el método para manipular los átomos en configuraciones que podrían generar la primera puerta cuántica puramente magnética, un componente clave para un nuevo tipo de ordenador cuántico. En esta imagen, las líneas de colores representan la interacción magnética. (Ilustración: equipo de investigación y departamento de prensa del MIT. CC BY-NC-ND 3.0)

Du, Ketterle y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus experimentos en la revista académica Science, bajo el título “Atomic physics on a 50-nm scale: Realization of a bilayer system of dipolar atoms”. (Fuente: NCYT de Amazings)