Skip to main content

Ultracold Bose-Fermi Mixtures of Metastable Helium

Article Category

Article available in the folowing languages:

Entender mejor el comportamiento de los gases ultrafríos

Investigadores financiados por la Unión Europea lograron avances fundamentales en la comprensión del comportamiento de los gases ultrafríos mediante novedosos experimentos y tecnología.

Energía

Los electrones individuales de los elementos atómicos típicamente pueden tener solo cierto número de valores de energía que corresponden a los niveles de energía mecanocuánticos. Sin embargo, a muy bajas temperaturas (cercanas al cero absoluto, donde se detiene todo movimiento molecular), los átomos de ciertos elementos (los gases bosónicos) ocupan solamente el estado mecanocuántico con la energía más baja. Dicho proceso recibe el nombre de condensación de Bose-Einstein. Estos átomos bosónicos ultrafríos (que ahora son parte de un condensado de Bose-Einstein o CBE) son indistinguibles entre sí y forman un solo ente mecanocuántico. Los llamados átomos fermiónicos no pueden coexistir en el mismo estado mecanocuántico de energía, ya que obedecen al Principio de Exclusión de Pauli. Las dos principales clases de partículas en el universo, los bosones y los fermiones, se distinguen por sus estados relativos de espín (o momento angular). El helio tiene isótopos bosónicos y fermiónicos estables que pueden enfriarse hasta alcanzar la llamada degeneración cuántica en un estado excitado metaestable. Además, ha habido experimentos que ilustran las semejanzas entre los átomos bosónicos ultrafríos y los fotones de luz. De hecho, cuando un gas frío (ya sea bosónico o fermiónico) alcanza la degeneración cuántica, sus átomos individuales dejan de comportarse como partículas puntuales y en su lugar se comportan como ondas. El helio ultrafrío metaestable es por lo tanto un excelente sistema para estudiar la convergencia de distintos campos de la física: los gases atómicos ultrafríos, la óptica cuántica y la materia condensada. Investigadores europeos financiados mediante el proyecto Bosefermihe («Mezclas ultrafrías de isótopos bosónicos y fermiónicos de helio metaestable») se propusieron detectar y estudiar átomos individuales de helio ultrafrío metaestable con el fin de evaluar más a fondo la degeneración cuántica. Los investigadores alteraron montajes experimentales anteriores y llevaron a cabo experimentos que revelaron sorprendentes distribuciones de los momentos relativos de pares de átomos. El equipo de Bosefermihe también desarrolló la primera trampa de láser para helio metaestable de la historia y la usó para enfriar átomos hasta hacerlos alcanzar la degeneración cuántica sin importar su estado de espín. Con esa tecnología, los investigadores pudieron hacer las primeras mediciones de las pérdidas dependientes del espín en el helio metaestable. Novedosos desarrollos tecnológicos y numerosos experimentos llevados a cabo con átomos de helio ultrafrío metaestable permitieron el logro de importantes observaciones y la publicación de resultados sobre gases cuánticos degenerados. Esto sitúa a la Unión Europea en una posición de liderazgo en un campo altamente competitivo y con enorme potencial de aplicación futura en áreas como los relojes atómicos y la superconductividad.

Descubra otros artículos del mismo campo de aplicación