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¡Atomizarse! Un sistema de cuántica térmica como sonda universal para los estados exóticos de la materia

La cuantización (acto o proceso de dividir) es la acción de limitar una entrada procedente de un conjunto de valores continuo o amplio hasta conseguir un conjunto más discreto o reducido. El descubrimiento de cantidades cuantizadas habitualmente se ha asociado a una revolución en nuestra forma de entender las leyes de la naturaleza. Un grupo de investigadores apoyado por la Unión Europea ha previsto una forma innovadora de la ley de cuantización.
¡Atomizarse! Un sistema de cuántica térmica como sonda universal para los estados exóticos de la materia
A partir del trabajo del proyecto Pitágoras, el cual cubría diversas áreas desde la armonía hasta la identificación de la serie Balmer sobre física atómica, la cuantización de observables físicos juega un papel fundamental para comprender y apreciar el mundo que nos rodea.

Una iniciativa investigadora apoyada por la Unión Europea ha previsto una forma innovadora de cuantización basada en la velocidad de calentamiento de un sistema cuántico en función de la agitación externa. Tras su publicación en la revista «ScienceAdvances», el artículo «Probing topology by "heating": Quantized circular dichroism in ultracold atoms», establece lo que los autores denominan una «manifestación intrigante de topología».

A fin de informar sobre su trabajo, un grupo de investigadores planteó la siguiente analogía: cuando un cubito de hielo se coloca en un microondas las moléculas de agua se excitan, lo que provoca que el hielo se derrita progresivamente y pase de la fase sólida a otra líquida. Durante el calentamiento, el número de moléculas que forman el hielo se reduce con el tiempo, un proceso que puede cuantificarse gracias a la velocidad de calentamiento. La investigación descrita en el artículo indica además que en circunstancias específicas las velocidades de calentamiento deben satisfacer una ley de cuantización precisa y refinada.

Sus responsables muestran que cuando un sistema físico se calienta de manera controlada, las partículas son expulsadas de la fase topológica (analogía directa con el derretimiento del hielo antes mencionado) y la velocidad de calentamiento correspondiente satisface una ley de cuantización innovadora, la cual incluye un aspecto fundamental que viene determinado por la naturaleza topológica de la fase inicial del sistema.

En base a su naturaleza universal, las propiedades topológicas se estudian actualmente en un sentido amplio, que abarca desde la fotónica y los gases atómicos ultrafríos hasta los sistemas mecánicos. Estos dominios complementarios y versátiles ofrecen la posibilidad de revelar propiedades topológicas únicas, entre ellas las derivadas de la disipación artificial y otras interacciones controlables. Por ejemplo, los gases ultrafríos se han explorado mediante una visualización del desplazamiento transversal de una nube atómica en respuesta a la aplicación de una fuerza.

La investigación llevada a cabo en el seno del proyecto TOPOCOLD, que realizó su labor bajo los auspicios del proyecto UQUAM, financiado con fondos europeos, ha contribuido a los resultados presentados en el artículo, especialmente en lo referido a la capacidad de la tasa de agotamiento de las bandas llenas de Bloch de satisfacer una ley de cuantización impuesta por la topología.

El equipo de trabajo mantiene que las mediciones de la tasa de agotamiento, debido al efecto cuantizado, son una sonda potente y universal para el orden topológico en la materia cuántica. Sus resultados indican la necesidad de aislar la respuesta no filtrada de cualquier efecto perjudicial vinculado al modo de flanco, que es donde las configuraciones del átomo ultrafrío entran en juego. Los autores proponen la utilización de una plataforma física compuesta de un gas ultrafrío de átomos atrapados en una retícula óptica (un paisaje periódico creado por la luz). Se sabe que dichas configuraciones constituyen un conjunto de instrumentos para la ingeniería cuántica de la materia topológica y para la implantación de nuevos tipos de mediciones.

El apoyo a la iniciativa TOPOCOLD (Manipulación de las fases topológicas con átomos fríos) está ayudando a identificar configuraciones realistas de retícula óptica que albergan fases innovadoras con orden topológico en base a las tecnologías actualmente desarrolladas por los experimentos con átomos fríos. El proyecto UQUAM (Ultracold Quantum Matter) reúne a investigadores con una experiencia contrastada y complementaria en los dominios de la óptica cuántica, la física material condensada y atómica y la ciencia de la información. Su objetivo es conseguir avances en el campo interdisciplinar de las tecnologías cuánticas al aprovecharse de los recientes y espectaculares avances en el control de los sistemas moleculares y atómicos ultrafríos.

Para obtener más información, consulte:
página web del proyecto TOPOCOLD en CORDIS
página web del proyecto UQUAM en CORDIS
Página web del proyecto UQUAM

Fuente: Basado en noticias aparecidas en medios e información facilitada por el proyecto

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