Una forma nueva de estudiar gases cuánticos
La mayor parte de la materia se encuentra en uno de los tres estados siguientes: sólido, líquido o gaseoso. En algunos entornos de energías altísimas, como un incendio o el núcleo de una estrella, existe un cuarto estado de la materia denominado plasma. Un quinto estado de la materia llamado condensado de Bose-Einstein (CBE, o BEC por sus siglas en inglés) está asociado con el estado de energía más bajo posible, que se alcanza a temperaturas cercanas al cero absoluto. Aunque no todos los átomos forman el CBE en su camino hacia la temperatura más fría posible del Universo, los átomos superenfriados entran en un régimen degenerado cuántico condensado. Todos los átomos intentan alcanzar el mismo estado de energía, el más bajo posible. Solo se ha demostrado la degeneración cuántica en unos pocos elementos, entre ellos varios metales alcalinos y el iterbio. La generación de estas condiciones abre una puerta a problemas fundamentales de la física, el procesamiento de información cuántica y la óptica cuántica. Un equipo de científicos financiado con fondos europeos desarrolló técnicas importantes para ampliar la gama de fenómenos difíciles de estudiar accesibles con los experimentos de átomos ultrafríos mediante los trabajos del proyecto YTTERBIUMSPINLATTICE. Se ha creado un dispositivo experimental para generar potenciales ópticos y atrapar y enfriar ópticamente cualquier isótopo estable del iterbio que allanará el camino hacia numerosos experimentos que eran imposibles con átomos alcalinos. Este dispositivo permite excitar átomos hasta llevarlos a estados específicos de espín nuclear y controlar y medir estos estados. Dado que muchas de las propiedades fundamentales del iterbio no están bien caracterizadas, los científicos empezaron investigando algunas de ellas. Estos experimentos con un gas cuántico de iterbio llevaron a la primera observación directa de una de sus propiedades importantes (la energía de interacción de intercambio de espín). Se midió un valor mucho mayor de lo esperado, tan alto que tendrá que ser investigado más a fondo para determinar su impacto sobre las estrategias experimentales. El proceso de intercambio se observó directamente, lo que abona el terreno para la simulación cuántica experimental de modelos de materia condensada basados en interacciones orbitales. Entre estos experimentos se incluye uno de los propuestos originariamente. Hasta ahora no eran posibles con átomos de elementos alcalinos ultrafríos. De esta forma, YTTERBIUMSPINLATTICE ha proporcionado una nueva y poderosa herramienta al colectivo de los investigadores de gases ultrafríos. Su utilización promete arrojar luz sobre algunas de las cuestiones pendientes fundamentales de la física, así como proporcionar información para el desarrollo de nuevos dispositivos cuánticos.
Palabras clave
Gases cuánticos, átomos ultrafríos, degeneración cuántica, iterbio, potenciales ópticos, interacción con intercambio de espín
