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En un experimento innovador, los físicos aprendieron a capturar átomos individuales.

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Una nube atómica enfriada por láser es visible a través de una cámara de microscopio. Cortesía: Universidad de Otago

En el primer estudio de física cuántica, los científicos de la Universidad de Otago "mantuvieron" los átomos individuales en su lugar y observaron interacciones atómicas complejas previamente invisibles.

Muchos instrumentos, incluidos láseres, espejos, una cámara de vacío y microscopios recogidos en el departamento de física de Otago, además de mucho tiempo, energía y experiencia, proporcionaron una investigación de este proceso cuántico, que hasta ahora solo se había calculado mediante el promedio estadístico de experimentos con una gran cantidad de átomos.

El experimento mejora el conocimiento moderno al ofrecer una visión previamente invisible del mundo microscópico y sorprender a los investigadores con resultados.

“Nuestro método implica la captura individual y el enfriamiento de tres átomos a una temperatura de aproximadamente una millonésima parte de un Kelvin utilizando rayos láser altamente enfocados en una cámara de hipervacío del tamaño de una tostadora. Combinamos lentamente trampas que contienen átomos para producir interacciones controladas y medirlas ", dice el profesor asociado Mikkel F. Andersen del Departamento de Física, Otago.

Cuando tres átomos se acercan entre sí, dos forman una molécula, y todos son golpeados por la energía liberada en el proceso. La cámara del microscopio le permite ampliar y considerar este proceso.

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Mikkel Andersen (izquierda) y Marvin Weiland en el laboratorio de física. Cortesía: Universidad de Otago.

"Dos átomos por sí solos no pueden formar una molécula; la química requiere al menos tres. Nuestro trabajo es la primera vez que este proceso básico se estudia de forma aislada, y resultó que dio algunos resultados sorprendentes que no esperábamos ver ", dice el Dr. Marvin Weiland, quien dirigió el experimento.

Por ejemplo, los investigadores pudieron ver el resultado exacto de procesos individuales y observaron un nuevo proceso cuando dos átomos dejaron un experimento juntos. Hasta ahora, este nivel de detalle no se ha observado en experimentos con muchos átomos.

“Al trabajar a este nivel molecular, aprendemos más sobre cómo los átomos chocan y reaccionan entre sí. Con el desarrollo, esta tecnología podría proporcionar una forma de construir y controlar las moléculas individuales de ciertos productos químicos ”, agrega Weiland.

El profesor asociado Andersen admite que la técnica y el nivel de detalle pueden ser difíciles de comprender para quienes están fuera del mundo de la física cuántica, pero cree que la aplicación de esta ciencia será útil para desarrollar tecnologías cuánticas futuras que podrían afectar a la sociedad de la misma manera que las anteriores. tecnologías cuánticas que hicieron posible crear computadoras modernas e Internet.

“La investigación, realizada a una escala cada vez más pequeña, ha servido de base para la mayoría de los desarrollos tecnológicos en las últimas décadas. Por ejemplo, esta es la única razón por la cual los teléfonos móviles modernos tienen más poder de cómputo que las supercomputadoras de la década de 1980, y me alegrará mucho ver cómo nuestros descubrimientos afectarán los avances tecnológicos en el futuro ", dice el profesor asociado Andersen.

Los resultados experimentales mostraron que la formación de la molécula tomó mucho más tiempo de lo esperado, en comparación con otros experimentos y cálculos teóricos, que actualmente son insuficientes para explicar este fenómeno. Aunque los investigadores proponen mecanismos que pueden explicar esta discrepancia, enfatizan la necesidad de un mayor desarrollo teórico en el campo de la mecánica cuántica experimental.

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