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Una caracterización de las nubes de átomos en colisión

Los átomos enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto pueden condensarse en un nuevo estado de la materia y dar lugar a procesos sorprendentes. Un equipo de científicos financiado con fondos europeos contribuyó a ampliar el conocimiento que se posee sobre el comportamiento de este tipo de sistemas.
Una caracterización de las nubes de átomos en colisión
Los condensados de Bose-Einstein son una forma singular de la materia, una quinta fase tras la sólida, la líquida, la gaseosa y la plasmática de alta energía. Estas nubes artificiales de átomos ultrafríos suponen la materia más fría de la que existe conocimiento en el Universo. Se forman cuando átomos separados y enfriados hasta temperaturas cercanas al cero absoluto se fusionan en una entidad perteneciente al ámbito de la mecánica cuántica. A partir de ahí se comportan como una onda de materia única y coherente con propiedades sorprendentes. Einstein predijo la existencia de estas formas de materia en 1924 basándose en las formulaciones del científico indio Bose. No obstante, no fue hasta 1995 cuando se logró el primer condensado de Bose-Einstein, un hito que valió el Premio Nobel de Física de 2001 a los científicos responsables.

Durante los últimos veinte años la investigación sobre los comportamientos de los condensados de Bose-Einstein se ha ampliado enormemente, abriendo la puerta a aplicaciones potenciales en campos como la imagen, la memoria cuántica y los instrumentos de metrología de alta sensibilidad. No obstante, pocos estudios han abordado de manera sistemática una gama amplia de parámetros en muy distintas situaciones con las que generar un conocimiento exhaustivo del comportamiento dinámico de los condensados de Bose-Einstein. El proyecto financiado con fondos europeos «Characterisation of the basic elements of BEC dynamics beyond mean-field» (QUANTUMDYNAMICS) ha generado líneas de investigación nuevas dotadas de descripciones y métodos exhaustivos y detallados.

Los científicos al cargo estudiaron los átomos que escapan del condensado para obtener una fuente de partículas con masa con correlaciones y entrelazamiento cuánticos. Evaluaron situaciones como las colisiones en los condensados de Bose-Einstein y sus interacciones con obstáculos y vórtices. De este modo generaron mapas cuantitativos del comportamiento descrito en función de parámetros de interés básicos cuya importancia es considerable para el diseño de experimentos nuevos. Además, crearon varios modelos de simulación numérica, algunos de ellos utilizados en el experimento en marcha sobre helio metaestable en el que se demuestra la existencia de correlaciones sólidas no clásicas en pares de átomos dispersados por las colisiones de condensados de Bose-Einstein. Los resultados amplían el alcance de los experimentos de la óptica cuántica desde los fotones y los campos de luz no clásicos de hace varios decenios a los átomos masivos.

Los experimentos y las aplicaciones de los condensados de Bose-Einstein crecen sin parar. Los métodos y los resultados desarrollados en QUANTUMDYNAMICS generan progresos en este campo y aumentan la capacidad de la comunidad dedicada a la física de materia condensada para lograr hallazgos.

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