Átomos ultrafríos

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Átomos Ultrafríos

 ALUMNAS:

》 Edith Murillo Saucedo

》Andrea Fernanda Valles Flores

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR ZACATECAS OCCIDENTE

30 De Noviembre 2021

Resumen:

Los átomos ultrafríos son átomos que se mantienen a temperaturas cercanas a 0 kelvin ( cero absoluto ), típicamente por debajo de varias decenas de microkelvin. A estas temperaturas, las propiedades mecánicas cuánticas del átomo se vuelven importantes.

Para alcanzar temperaturas tan bajas, normalmente se debe utilizar una combinación de varias técnicas. En primer lugar, los átomos suelen quedar atrapados y pre enfriados mediante enfriamiento por láser en una trampa magnética óptica . Para alcanzar la temperatura más baja posible, se realiza un enfriamiento adicional utilizando enfriamiento por evaporación en una trampa magnética u óptica. Varios premios Nobel de física están relacionados con el desarrollo de técnicas para manipular las propiedades cuánticas de átomos individuales (por ejemplo, 1995-1997, 2001, 2005, 2012, 2017).

Los experimentos con átomos ultrafríos estudian una variedad de fenómenos, incluidas las transiciones de fase cuántica, la condensación de Bose-Einstein (BEC), la superfluidez bosónica, el magnetismo cuántico , la dinámica de espín de muchos cuerpos, los estados de Efimov, la superfluidez de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) y la BEC –Crossover BCS. Algunas de estas direcciones de investigación utilizan sistemas de átomos ultrafríos como simuladores cuánticos para estudiar la física de otros sistemas, incluido el gas unitario de Fermi y los modelos de Ising y Hubbard. Los átomos ultrafríos también podrían usarse para la realización de computadoras cuánticas.

Informe final sobre investigación documental de átomos ultrafríos.

Los átomos ultrafríos revelan sorprendentes efectos cuánticos.

Un experimento realizado por científicos del Centro de Viena para la Ciencia y Tecnología Cuánticas ha demostrado que, en el mundo cuántico, la transición hacia el equilibrio térmico es más interesante y más complicada de lo que se pensaba.

Según destaca el trabajo, publicado en 'Science', entre un estado ordenado inicial y un estado final estadísticamente mixto, puede emerger un "cuasi-estacionario estado intermedio". Este estado intermedio ya exhibe algunas propiedades como el equilibrio, pero parte de las características del estado inicial permanecen visibles durante un período de tiempo muy largo.

Este fenómeno se denomina "pre-termalización" y desempeña un papel importante en diversos procesos de no equilibrio en la física cuántica. Podría, por ejemplo, ayudarnos a comprender el estado del universo temprano.

"En estos experimentos se ha comenzado con un gas cuántico unidimensional de átomos ultrafríos, el llamado condensado de Bose-Einstein, que fue dividido rápidamente en dos mediante un atom chip", ha explicado el profesor Jörg Schmiedmayer. (2012)

Science publica los resultados de un experimento en el que han colaborado varios miembros del grupo de investigación Quantum Information Theory and Quantum Metrology del Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, liderados por Géza Tóth, Ikerbasque Research Professor, y llevado a cabo en la Universidad de Hannover. En el experimento, han conseguido el entrelazamiento cuántico entre dos nubes de átomos ultrafríos, conocidos como condensados de Bose-Einstein, donde los dos conjuntos de átomos estaban espacialmente separados entre sí. (López, 2018)

Después de algún tiempo, se espera que la nube atómica escindida tienda al equilibrio térmico. Cuanto más tiempo se añade antes de que las dos mitades se vuelvan a unir, el orden observado en los patrones de interferencia se desintegra. "Lo sorprendente de esto es que el orden no llega directamente a un mínimo. Primero se descompone rápidamente, pero luego se queda en un estado intermedio", ha apuntado uno de los autores, Michael Gring.

Según los investigadores, "al principio no estaba claro cómo interpretar este fenómeno. Los experimentos tuvieron que ser mejorados y la teoría correspondiente mejor desarrollada". En estrecha colaboración con el grupo del profesor Eugene Demler de la Universidad de Harvard, estos sorprendentes resultados pudieron ser explicados.

La transición de los sistemas al equilibrio térmico es importante en muchos campos de la física cuántica - después de todo, un experimento cuántico no se puede realizar a una temperatura de cero absoluto. Por lo tanto, los científicos siempre tienen que lidiar con los efectos de temperatura.

Enfriar los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto

A diferencia de la forma en que se ha creado hasta ahora el entrelazamiento cuántico entre nubes de partículas, utilizando conjuntos de partículas incoherentes y térmicas, en este experimento utilizaron conjuntos de átomos en estado de condensado de Bose-Einstein. Tal como explica Toth, “los condensados de Bose-Einstein se consiguen al enfriar los átomos utilizados a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto.

A esa temperatura, todos los átomos comparten el mismo estado cuántico, con gran coherencia; se podría decir que todos ocupan la misma posición en el espacio. En ese estado se da el entrelazamiento cuántico entre los átomos del conjunto”. Posteriormente, lo que hicieron fue separar en dos nubes de átomos ese conjunto. “Dejamos una distancia entre las dos nubes de átomos, y pudimos demostrar que seguía habiendo entrelazamiento cuántico entre ellas”, continúa. (Science, 2018)

El experimento de la elección retardada de Wheeler con un átomo ultrafrío

Se ha logrado realizar el experimento de la elección retardada de Wheeler con un átomo. Por tanto, se ha demostrado que el futuro puede afectar al pasado. Así lo cuentan muchos medios. Pero, lo siento, sólo se ha confirmado con átomos lo que ya se sabía con fotones, que la interpretación del pasado depende de cierta información que sólo está disponible en el futuro. Puede parecer que es lo mismo, pero la interpretación de la realidad y la realidad misma son dos cosas muy diferentes.

La realidad (los resultados del experimento) en el pasado no ha cambiado. Sólo cambia cómo la interpretamos en el futuro (cómo elegimos ciertos resultados y descartamos otros para obtener una explicación de lo que sustenta el resultado observado). El experimento de elección retardada de Wheeler se había demostrado con fotones, pero el nuevo artículo lo logra con átomos de helio ultrafríos.(Villatoro, 2015)

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