04.08.2022 - Technische Universität Wien

Una molécula de luz y materia

Utilizando la luz, se puede hacer que los átomos se atraigan entre sí

Por primera vez se ha creado en el laboratorio un estado de enlace muy especial entre los átomos: Con un rayo láser se pueden polarizar los átomos de forma que estén cargados positivamente por un lado y negativamente por el otro. Esto hace que se atraigan mutuamente creando un estado de unión muy especial, mucho más débil que el enlace entre dos átomos de una molécula ordinaria, pero aún así medible. La atracción procede de los propios átomos polarizados, pero es el rayo láser el que les da esa capacidad: en cierto sentido, es una "molécula" de luz y materia.

En teoría, este efecto se predice desde hace tiempo, pero ahora los científicos del Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Viena (VCQ) de la Universidad Técnica de Viena, en colaboración con la Universidad de Innsbruck, han conseguido medir por primera vez este exótico vínculo atómico. Esta interacción es útil para manipular átomos extremadamente fríos, y el efecto también podría desempeñar un papel en la formación de moléculas en el espacio. Los resultados se han publicado ahora en la revista científica "Physical Review X".

Carga positiva y negativa

En un átomo eléctricamente neutro, un núcleo atómico con carga positiva está rodeado de electrones con carga negativa, que rodean el núcleo atómico como una nube. "Si se activa un campo eléctrico externo, esta distribución de la carga se desplaza un poco", explica el profesor Philipp Haslinger, cuya investigación en el Atominstitut de la Universidad Técnica de Viena cuenta con el apoyo del programa FWF START. "La carga positiva se desplaza ligeramente en una dirección, la carga negativa ligeramente en la otra dirección, el átomo de repente tiene un lado positivo y otro negativo, se polariza".

La luz no es más que un campo electromagnético que cambia muy rápidamente, por lo que también es posible crear este efecto de polarización con luz láser. Cuando varios átomos están próximos, la luz láser los polariza a todos exactamente de la misma manera: positivo a la izquierda y negativo a la derecha, o viceversa. En ambos casos, dos átomos vecinos dirigen cargas diferentes entre sí, lo que provoca una fuerza de atracción.

Experimentos con la trampa de átomos

"Se trata de una fuerza de atracción muy débil, por lo que hay que realizar el experimento con mucho cuidado para poder medirla", afirma Mira Maiwöger, de la Universidad Técnica de Viena, primera autora de la publicación. "Si los átomos tienen mucha energía y se mueven rápidamente, la fuerza de atracción desaparece inmediatamente. Por eso se utilizó una nube de átomos ultrafríos".

Los átomos se capturan y se enfrían primero en una trampa magnética en un chip de átomos, una técnica que se desarrolló en el Atominstitut en el grupo del profesor Jörg Schmiedmayer. A continuación, la trampa se apaga y libera los átomos en caída libre. La nube de átomos está "ultrafría", a menos de una millonésima de Kelvin, pero tiene suficiente energía para expandirse durante la caída. Sin embargo, si los átomos se polarizan con un rayo láser durante esta fase y, por tanto, se crea una fuerza de atracción entre ellos, esta expansión de la nube atómica se ralentiza, y así se mide la fuerza de atracción.

Laboratorio cuántico y espacio

"Polarizar átomos individuales con rayos láser no es básicamente nada nuevo", afirma Matthias Sonnleitner, que sentó las bases teóricas del experimento. "Lo crucial de nuestro experimento, sin embargo, es que hemos conseguido por primera vez polarizar varios átomos juntos de forma controlada, creando una fuerza de atracción medible entre ellos".

Esta fuerza de atracción es una herramienta complementaria para controlar los átomos fríos. Pero también podría ser importante en astrofísica: "En la inmensidad del espacio, las fuerzas pequeñas pueden desempeñar un papel importante", dice Philipp Haslinger. "Aquí pudimos demostrar por primera vez que la radiación electromagnética puede generar una fuerza entre los átomos, lo que puede ayudar a arrojar nueva luz sobre escenarios astrofísicos que aún no se han explicado".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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