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FP7

FERMISITE Resultado resumido

Project ID: 328684
Financiado con arreglo a: FP7-PEOPLE
País: Reino Unido

Un microscopio de gas cuántico para fermiones

Hasta hace poco tiempo, capturar imágenes de átomos individuales en un microscopio de gas cuántico solo se había conseguido sobre especies bosónicas. Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha captado por primera vez imágenes de fluorescencia de átomos de potasio fermiónicos ultrafríos.
Un microscopio de gas cuántico para fermiones
Los electrones, protones, neutrones y los quarks son, todos, fermiones, o partículas con valor de espín de medio entero. A diferencia de los bosones, que tienen espín entero, los fermiones no pueden ocupar un mismo estado cuántico. Este simple hecho da lugar a la estructura de los elementos cuyos electrones deben ocupar órbitas distintas alrededor del núcleo atómico.

Cuando los fermiones interactúan entre sí, forman núcleos atómicos y materiales en estado sólido. Su comportamiento colectivo también da lugar a fenómenos exóticos como la superconductividad a alta temperatura y magnetorresistencia colosal. Aun así, el conocimiento actual de los sistemas de fermiones con interacción fuerte es limitado.

Para los investigadores que trabajaron en el proyecto FERMISITE (Strongly correlated fermions in optical lattices with single-site resolution), financiado por la Unión Europea, los gases fermiónicos atómicos ultrafríos ofrecían una plataforma impecable para estudiar la física del estado sólido de muchos cuerpos. En particular, los átomos fermiónicos atrapados en una red óptica simulan la física de los electrones en un sólido cristalino.

En su experimento, los investigadores utilizaron dicha red óptica formada por haces láser retrorreflejados. Para resolver los átomos con resolución de una sola posición en la red, diseñaron un nuevo montaje que cuenta con un haz vertical retrorreflejado en la ventana de vacío recubierta.

Se prepararon átomos de potasio-40 mediante enfriamiento con láser y evaporación forzada en el plano focal de esta trampa magnetoóptica. A continuación, se utilizó la captura de imágenes por fluorescencia para detectar los átomos mientras se enfriaban. Con el fin de que los átomos de potasio fuesen fluorescentes, se iluminaron con luz fuera de la resonancia.

Casi al mismo tiempo, un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Estados Unidos realizó experimentos parecidos en el Instituto Max Plank de óptica cuántica de Garching, en Alemania. La introducción de la microscopia de gases de fermiones abre el camino del estudio de sistemas de muchos fermiones atrapados en redes ópticas.

El estudio de estos sistemas cuánticos en entornos de ingeniería bien controlados arrojará luz sobre el comportamiento de otros fermiones. En particular, una simulación cuántica de fermiones con una resolución de una sola partícula será un banco de pruebas excelente para investigar las propiedades de sistemas cuánticos fuertemente correlacionados que son difíciles de resolver mediante métodos de simulación numérica.

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Palabras clave

Microscopio de gas cuántico, fermiones, átomos de potasio, núcleos atómicos, FERMISITE, red óptica
Número de registro: 182689 / Última actualización el: 2016-05-18
Dominio: Tecnologías industriales
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