Un comportamiento inesperado de nubes de átomos desafía teorías de física cuántica

Chip atómico. /TU Wien

Cuando los átomos se enfrían a una temperatura casi nula, sus propiedades cambian por completo. Pueden convertirse en un Condensado de Bose-Einstein, un estado de materia ultrafrío, en el que las partículas pierden su individualidad y solo pueden describirse colectivamente como un único objeto cuántico y que supone un sistema modelo perfecto para estudiar cuestiones fundamentales de la física cuántica de muchas partículas.

Pero ahora, un estudio publicado en Physical Review Letters podría cambiar lo que aparece en los libros de texto sobre Condensados Bose-Einstein. Investigadores del Instituto Tecnológico de Viena (TU Wien, Austria) han encontrado resultados notables estudiando estas nubes de átomos que no pueden ser explicados por ninguna de las teorías existentes actualmente: cuando dos gases cuánticos ultrafríos se acoplan, se pueden sincronizar de forma espontánea, oscilando en perfecta armonía después de solo unos pocos milisegundos.

De acuerdo con la física cuántica, cada objeto se puede describir como una onda. Las propiedades de la onda no son visibles para nosotros, porque los objetos con los que nos enfrentamos todos los días son demasiado grandes y demasiado calientes. Sin embargo, el comportamiento de los átomos fríos está fuertemente influenciado por estas propiedades de onda.

Una de estas propiedades es la fase, que, según los científicos, se puede entender comparando la onda cuántica con un reloj de péndulo: incluso en dos relojes perfectamente sincronizados de modo que los dos péndulos alcanzan su punto más bajo al mismo tiempo, su movimiento está un poco fuera de sincronía, en decir existe una diferencia de fase entre ellos.

Cuando se crean las nubes de dos átomos, comienzan sin diferencia de fase, están perfectamente sincronizados. Pero al usar el chip atómico, se pueden desincronizar. La diferencia de fase cuántica entre las nubes de dos átomos se puede controlar con gran precisión. Después, las dos nubes se monitorean cuidadosamente para ver si esta diferencia de fase cambia con el tiempo.

Si dos péndulos clásicos están acoplados por una banda elástica, la banda disipará parte de la energía y los dos péndulos se sincronizarán. Algo similar sucede con las nubes de dos átomos: si están acopladas, se sincronizan automáticamente, en un período de tiempo notablemente corto.

Aunque nos parezca que tiene mucho sentido en el caso de los relojes de péndulo, de acuerdo con las teorías bien establecidas de Condensados de Bose-Einstein, esto es bastante sorprendente porque se esperaria que los períodos de sincronización alternaran con la desincronización para siempre. La mayoría de las teorías hasta ahora describen con éxito el acoplamiento de Concensados Bose-Einstein en equilibrio, pero son insuficientes para describir la salida de situación de equilibrio y la sincronización que observamos. "El comportamiento de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos fuera del equilibrio es uno de los grandes problemas no resueltos de la física moderna", dicen los autores del trabajo.

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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