Esta es la primera foto de una nube de átomos interactuando entre sí
Una nueva técnica de microscopía cuántica, desarrollada por el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT, por sus siglas en inglés), consiguió las primeras imágenes de átomos interactuando entre sí y en libertad. La hazaña además mostró algunas correlaciones entre partículas que ya matemáticamente se habían predicho, pero nunca observado. Los científicos a cargo del experimento creen que esta innovadora forma de ver el elusivo mundo cuántico tiene el potencial de mostrar más fenómenos excéntricos nunca antes vistos.
Los investigadores implementaron un método que permite a una nube de átomos moverse e interactuar libremente y, con una red de luz, “congelaron” por una fracción de segundo su trayectoria. En ese instante, las partículas quedaron suspendidas, y el equipo utilizó láseres de alta precisión para iluminarlas. La imagen ultrarrápida capturó las posiciones exactas de los átomos que se estaban agrupando según sus propiedades cuánticas.
De acuerdo con los resultados publicados en la revista Physical Review Letters, los físicos emplearon la técnica para observar átomos bosónicos y fermiónicos. En su experimento, hicieron que átomos de sodio se comportaran como bosones, lo que les permitió estudiar el condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que los átomos se alinean en una única entidad cuántica.
Las imágenes obtenidas son un hito en el campo de la investigación física. Ya es posible estudiar ese estado de la materia con la resolución de un solo átomo. “Podemos verlos en estas interesantes nubes de átomos y lo que hacen entre sí, lo cual es hermoso”, dijo Martin Zwierlein, profesor de Física en el MIT y coautor del estudio, en un comunicado de prensa.
Las siluetas de los átomos
Los átomos son difíciles de observar, no solo por su diminuto tamaño (su diámetro es apenas una millonésima parte del grosor de un cabello), sino porque se comportan e interactúan según las leyes de la mecánica cuántica. Por ejemplo, no es posible conocer simultáneamente su posición y velocidad (este es el famoso principio de incertidumbre de Heisenberg), y la ubicación de sus electrones solo puede inferirse a través de probabilidades.
Existen diversas técnicas para obtener imágenes de átomos mediante métodos indirectos. La más común consiste en emitir un haz láser sobre una nube de átomos, permitiendo que las computadoras reconstruyan la “silueta” del cúmulo. Aunque estas técnicas han sido eficaces, los autores del estudio señalan que están limitadas a analizar agrupaciones de átomos en lugar de individuos.
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La nueva técnica del MIT se llama microscopía con resolución atómica. Es especial porque es menos invasiva para los átomos atrapados en la red de luz que los confina, lo que permite preservar un instante preciso de su interacción. Los investigadores dicen que si no se tiene cuidado es fácil evaporarlos. Gracias a este método, los fenómenos cuánticos, como las ondas de materia, pueden visualizarse de manera directa.
“Este tipo de emparejamiento es la base de una construcción matemática que se inventó para explicar experimentos. Pero cuando ves imágenes como estas, se trata de una fotografía, de un objeto descubierto en el mundo matemático. Así que es un excelente recordatorio de que la física trata sobre cosas físicas. Es real”, afirmó Richard Fletcher, coautor del estudio.
