Los científicos han observado por primera vez una vibración cuántica a temperatura ambiente normal, un fenómeno que generalmente requiere condiciones ultra frías y cuidadosamente calibradas, lo que nos acerca un paso más para comprender el comportamiento de la mecánica cuántica en materiales comunes.
El equipo pudo detectar un fonón, una partícula cuántica de vibración generada a partir de pulsos láser de alta frecuencia, en una pieza de diamante. Estos fonones son notoriamente difíciles de detectar, en parte debido a su sensibilidad al calor.
Lo que hace que observar un fonón sea tan importante es que muestra una vibración que actúa como una sola unidad de energía (como lo describe la mecánica cuántica), así como una onda (como lo describe la física clásica). A temperatura ambiente en condiciones de aire libre, acerca el comportamiento cuántico "más cerca de nuestra vida diaria" en palabras de los investigadores
"Hay una dicotomía entre nuestra experiencia diaria de lo que es una vibración, una onda, y lo que la mecánica cuántica nos dice que debe ser, una partícula". dice el físico Vivishek Sudhir, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).
"Nuestro experimento, debido a que se realiza en condiciones muy tangibles, rompe esta tensión entre nuestra experiencia diaria y lo que la física nos dice que debe ser el caso".
El experimento realizado por Sudhir y sus colegas consistió en disparar un láser a 80 millones de pulsos por segundo para tratar de excitar a los fonones que descansaban en el diamante.
Los fonones operan a altas frecuencias en el diamante, lo que significa que operan a una energía más alta que el aire circundante, lo que evita la interferencia de una energía térmica más alta, lo que significa que ya no se requiere una configuración de laboratorio ultrafría y ultra específica.
Los investigadores esperaban que estas ráfagas de fotones (unidades individuales de luz) transportadas por los pulsos láser fueran suficientes para causar una interacción con un solo fonón, creando un cambio de onda que decae con el tiempo, un proceso conocido como Dispersión Raman.
Se usó un segundo pulso láser para verificar que esto fue realmente lo que sucedió: este pulso actuó para eliminar la explosión inicial de energía, dejando a los investigadores con un nuevo fotón de alta frecuencia, una señal reveladora de que había excitado un solo fonón a lo largo del camino, y así generó una vibración cuántica.
"Lo que hemos hecho aquí es hacer la pregunta, ¿cómo deshacerse de este entorno complicado que ha creado en torno a este objeto y llevar este efecto cuántico a nuestro entorno para verlo en materiales más comunes"? dice Sudhir.
"Es como democratizar la mecánica cuántica en algún sentido".
Los investigadores esperan que esta misma técnica podría usarse para examinar otros "materiales comunes" y encontrar vibraciones cuánticas en ellos. También podría alimentar la investigación sobre el propiedades superconductoras encontrado en ciertos materiales.
Más adelante, esta investigación también podría señalarnos hacia materiales que serán adecuados para conectar computadoras cuánticas del futuro: materiales que necesitarán transportar fonones.
"Lo que nuestro trabajo significa es que ahora tenemos acceso a una paleta de sistemas mucho más amplia para elegir". dice Sudhir.
La investigación ha sido publicada en Revisión Física X.