Johannes Piotrowski
La cámara de vacío con el montaje experimental para hacer levitar una partícula en el interior de una cavidad. La cavidad consta de dos espejos revestidos para que sean extremadamente reflectantes para la luz infrarroja. La parte cilíndrica del centro sostiene una lente en su extremo.
Acercar
Investigadores de la ETH de Zúrich y el TII de Abu Dhabi, con el apoyo de teóricos de óptica cuántica de Innsbruck (Austria), han logrado enfriar simultáneamente el movimiento de una diminuta esfera de cristal en dos dimensiones hasta el estado cuántico básico. Esto representa un paso crucial hacia el enfriamiento en 3D del estado básico de un objeto masivo y abre nuevas oportunidades para el diseño de sensores ultrasensibles.
Las nanopartículas de vidrio atrapadas por láser en vacío extremo se consideran una plataforma prometedora para explorar los límites del mundo cuántico. Desde el advenimiento de la teoría cuántica, la cuestión de a partir de qué tamaños un objeto empieza a ser descrito por las leyes de la física cuántica en lugar de por las reglas de la física clásica ha permanecido sin respuesta.
Un equipo formado por Lukas Novotny (Zúrich), Markus Aspelmeyer (Viena), Oriol Romero-Isart (Innsbruck) y Romain Quidant (Zúrich) está intentando responder precisamente a esta pregunta dentro del proyecto Q-Xtreme de ERC-Synergy. Un paso crucial en el camino hacia este objetivo es reducir al máximo la energía almacenada en el movimiento de la nanopartícula, es decir, enfriar la partícula hasta el llamado estado cuántico básico.
El equipo Q-Xtreme lleva mucho tiempo trabajando conjuntamente en el enfriamiento de nanopartículas en estado basal. Varios experimentos realizados en Zúrich y Viena, respaldados por cálculos teóricos del Dr. González-Ballestero y el Prof. Romero-Isart de la Universidad de Innsbruck, han conducido a las primeras demostraciones de este tipo de enfriamiento del estado basal de una nanopartícula, ya sea amortiguando el movimiento de la partícula mediante control electrónico (retroalimentación activa) o colocando la partícula entre dos espejos (enfriamiento basado en cavidades). Hasta ahora, en los experimentos sólo se había conseguido el estado de reposo en una de las tres direcciones del movimiento de la partícula, dejando "caliente" el movimiento en las otras dos direcciones.
"Lograr el enfriamiento del estado sólido en más de una dirección es clave para explorar la nueva física cuántica", subraya González-Ballestero, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias y del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck. "Pero hasta ahora este logro seguía siendo esquivo, ya que era un reto hacer que los espejos entre los que se coloca la partícula interaccionaran de forma eficiente con el movimiento a lo largo de algunas de las tres direcciones" El llamado "efecto de modo oscuro" impedía el enfriamiento hasta el estado completo de tierra.
Ahora, los investigadores del Laboratorio de Fotónica de la ETH de Zúrich han conseguido por primera vez enfriar una nanopartícula hasta el estado basal en dos direcciones de movimiento. Una esfera de vidrio, unas mil veces más pequeña que un grano de arena, se aísla por completo de su entorno en un alto vacío y se sujeta con un rayo láser fuertemente enfocado mientras se enfría simultáneamente hasta casi el cero absoluto. Basándose en las predicciones teóricas del equipo de Innsbruck, los físicos suizos lograron sortear el problema del estado oscuro. "Para ello, diseñamos de forma diferente las frecuencias a las que la partícula oscila en las dos direcciones y ajustamos cuidadosamente la polarización de la luz láser", explica Lukas Novotny, de la ETH de Zúrich.
El trabajo, publicado en Nature Physics, demuestra que es posible alcanzar el estado de mínima energía para las tres direcciones de movimiento. También permite crear estados cuánticos frágiles en dos direcciones, que podrían utilizarse para crear giroscopios y sensores ultrasensibles.
Química cuántica: Moléculas atrapadas por efecto túnel
Los efectos cuánticos pueden desempeñar un papel importante en las reacciones químicas. Físicos dirigidos por Roland Wester, de la Universidad de Innsbruck (Austria), han observado por primera vez en experimentos una reacción mecánica cuántica de efecto túnel. La observación también puede d ... más
Estreno del diodo superconductor sin campo magnético externo
Los superconductores son la clave del flujo de corriente sin pérdidas. Sin embargo, la realización de diodos superconductores se ha convertido recientemente en un importante tema de investigación fundamental. Un equipo internacional de investigación en el que participa el físico teórico Mat ... más
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 uni ... más
Una economía del plástico totalmente sostenible es factible
Un nuevo estudio muestra lo que hará falta para que la industria del plástico sea completamente sostenible: mucho reciclado combinado con el uso deCO2 del aire y biomasa. También hay que cambiar la imagen de los plásticos. El plástico está en todas partes. Nuestra sociedad no puede prescind ... más
Instantáneas en 3D de nanopartículas
Investigadores de la ETH han conseguido tomar imágenes tridimensionales de nanopartículas individuales utilizando pulsos de rayos X extremadamente cortos y potentes. En el futuro, esta técnica podría utilizarse incluso para realizar películas en 3D de procesos dinámicos a nanoescala. La dif ... más
¿Dónde atacan al ADN las toxinas del tabaco?
Se sabe que las toxinas del humo del tabaco pueden alterar nuestro ADN, pero hasta ahora era un misterio en qué parte exacta del genoma lo hacían. Un nuevo método desarrollado por investigadores de la ETH de Zúrich arroja ahora luz sobre la oscuridad. En el futuro, esto podría facilitar más ... más
