Los físicos dicen que han hecho un láser atómico que puede funcionar ‘para siempre’

Un nuevo avance ha permitido a los físicos crear un haz de átomos que se comporta de la misma manera que un láser y, en teoría, podría durar «para siempre».

Esto finalmente podría significar que la tecnología está en camino a la aplicación práctica, aunque existen limitaciones significativas que aún se aplican.

Sin embargo, este es un gran paso adelante para lo que se conoce como «láser atómico»: un haz de onda única hecho de átomos que algún día podría usarse para probar constantes físicas fundamentales y tecnología de microingeniería.

El láser de maíz ha existido por un minuto. El primer láser atómico fue creado por un equipo del MIT Físicos en 1996. El concepto parece bastante simple: así como los láseres tradicionales basados ​​en luz consisten en fotones que se mueven con sus ondas sincronizadas, los láseres hechos de átomos requieren que su naturaleza ondulatoria se alinee antes de que se mezclen como un haz.

Sin embargo, como ocurre con muchas cosas en la ciencia, es más fácil visualizar conceptos que percibir. En el láser la raíz del átomo es un Estado de la materia llamó Condensador Bose-Einsteino BEC.

BEC es generado por el enfriamiento de la nube de bosones a sólo una fracción por encima del cero absoluto. A temperaturas tan bajas, los átomos se hunden al estado de energía más bajo posible sin detenerse por completo.

Cuando alcanzan estas energías más bajas, las propiedades cuánticas de las partículas no pueden interferir entre sí; Se acercan lo suficiente entre sí como para causar algún tipo de interferencia, lo que da como resultado una nube de átomos de alta densidad que se comporta como un solo «súper átomo» u onda de materia.

Sin embargo, los BEC son un poco contradictorios. es muy frágil Incluso la luz puede destruir BEC. Dado que los átomos en BEC son Enfriado por láser ópticoesto generalmente significa que la presencia de BEC se desvanece.

El láser atómico que los científicos han logrado hasta ahora ha sido pulsado, no versátil; Implica que solo se dispare un pulso antes de que sea necesario crear un nuevo BEC.

Para crear un BEC continuo, un equipo de investigadores de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos se dio cuenta de que algo necesitaba cambiar.

«En experimentos anteriores, el enfriamiento gradual de los átomos se realizó en un solo lugar. En nuestra configuración, decidimos propagar los pasos de enfriamiento no a lo largo del tiempo, sino en el espacio: hacemos que los átomos se muevan a medida que avanzan a través de sucesivos pasos de enfriamiento». El físico Florian Schreck explicó.

«Eventualmente, los átomos ultrafríos llegan al corazón del experimento, donde pueden usarse para formar ondas de materia coherentes en el BEC. Pero mientras usan estos átomos, los nuevos átomos ya están en camino de reponer el BEC. En De esta manera, podemos mantener el proceso en marcha, esencialmente para siempre».

Este «corazón del experimento» es la trampa que protege el BEC de la luz, un tanque que se puede reponer continuamente durante la duración del experimento.

Sin embargo, proteger BEC de la luz de los láseres de enfriamiento, aunque simple en teoría, fue nuevamente más difícil en la práctica. No solo había obstáculos técnicos, sino también obstáculos burocráticos y administrativos.

«Al mudarnos a Ámsterdam en 2013, comenzamos con un acto de fe, pedimos dinero prestado, una habitación vacía y un equipo totalmente financiado de subvenciones personales». El físico Chun Chia-chen dijo:quien dirigió la búsqueda.

«Seis años después, en las primeras horas de la mañana de Navidad de 2019, el experimento finalmente dio en el blanco. Tuvimos la idea de agregar un rayo láser adicional para resolver un último problema técnico, e instantáneamente cada imagen que tomamos mostró BEC , la primera onda continua BEC.”

Ahora que se ha logrado la primera parte del láser de átomo continuo, la parte del «átomo continuo», el equipo dijo que el siguiente paso es mantener un haz atómico estable. Pueden lograr esto moviendo los átomos a un estado no confinado, extrayendo así una onda de materia difusa.

Dijeron que usaron átomos de estroncio, una opción popular para los BEC, la posibilidad abre oportunidades emocionantes. La interferometría atómica con BEC de estroncio se puede utilizar, por ejemplo, para realizar investigaciones en relatividad y mecánica cuántica, o para detectar ondas gravitacionales.

«Nuestro experimento es el análogo de onda material de un láser óptico de onda continua con espejos de cavidad totalmente reflectantes». Los investigadores escribieron en su artículo.

«Esta demostración de prueba de principio proporciona una nueva pieza de óptica atómica que hasta ahora faltaba, lo que permite la construcción de dispositivos coherentes de onda continua».

La búsqueda fue publicada en templar la naturaleza.