Los científicos han observado una impresionante demostración de la física clásica que da paso al comportamiento cuántico, manipulando un fluido de átomos de sodio ultrafríos en una formación distinta similar a un tornado.
Las partículas se comportan de manera diferente a nivel cuántico, en parte porque en este punto sus interacciones entre sí tienen más poder sobre ellas que la energía de su movimiento.
Luego, por supuesto, está el hecho asombroso de que las partículas cuánticas no tienen exactamente una determinada ubicación fija como tú o como yo, lo que influye en cómo interactúan.
Al enfriar las partículas lo más cerca posible del cero absoluto y eliminar otras interferencias, los físicos pueden observar lo que sucede cuando estas extrañas interacciones se afianzan, como acaba de hacer un equipo del MIT.
“Es un gran avance poder ver estos efectos cuánticos directamente”, dice El físico del MIT Martin Zwierlein.
El equipo atrapó e hizo girar una nube de alrededor de 1 millón de átomos de sodio utilizando láseres y electroimanes. En investigaciones previas Los físicos demostraron que esto haría girar la nube en una estructura larga en forma de aguja, una Condensado de Bose-Einstein, donde el gas comienza a comportarse como una sola entidad con propiedades compartidas.
“En un fluido clásico, como el humo del cigarrillo, se volvería más delgado”, dice
En el nuevo estudio, el físico del MIT Biswaroop Mukherjee y sus colegas avanzaron más allá de esta etapa, capturando una serie de imágenes de absorción que revelan lo que sucede después de que los átomos hayan pasado de estar predominantemente gobernados por la física clásica a la cuántica.
La siguiente imagen destaca las densidades de átomos ultrafríos en microsegundos.
(Mukherjee et al., Nature, 2022)
La nube de átomos evolucionó a partir del condensado en forma de aguja (izquierda), pasó a través de la inestabilidad en forma de serpiente (centro) y formó tornados minúsculos (derecha).
Incluso hay pequeños puntos oscuros entre los cristales vecinos (vea las marcas ‘x’ a continuación) donde ocurren los vórtices de contraflujo, tal como vemos en los sistemas climáticos complejos (piense en las turbulentas tormentas contiguas en Júpiter).
(Mukherjee et al., Nature, 2022)
“Aquí tenemos el tiempo cuántico: el fluido, solo por sus inestabilidades cuánticas, se fragmenta en esta estructura cristalina de nubes y vórtices más pequeños”. explica Zwierlein.
“Esta evolución se conecta con la idea de cómo una mariposa en China puede crear una tormenta [in the US], debido a inestabilidades que desencadenaron turbulencias. Incluso en la física clásica, esto da lugar a la formación de patrones intrigantes, como nubes que envuelven la Tierra en hermosos movimientos espirales. Y ahora podemos estudiar esto en el mundo cuántico “.
El equipo controlaba el sistema para que nada más ejerciera una fuerza sobre los sujetos atómicos. Esto significaba que solo estaban en juego las interacciones de las partículas mismas y su rotación. Su comportamiento resultante se muestra supersólido propiedades, algo así como lo que producen los electrones en forma de cristales de Wigner.
Si bien los sólidos de cristal tradicionales generalmente están compuestos por átomos dispuestos en una estructura de rejilla repetida y estacionaria, estas estructuras continúan fluctuando pero permanecen dentro de un patrón definible, como un líquido que finge ser un sólido al sostener y fluir a través de una forma fija.
Básicamente, el equipo hizo que los átomos se comportaran como electrones en un campo magnético. El uso de átomos de esta manera hace que los fenómenos cuánticos resultantes sean más fáciles de manipular y observar, lo que abre el camino para aún más descubrimientos sobre este mundo alucinante.
“Podemos visualizar lo que están haciendo los átomos individuales y ver si obedecen a la misma física mecánica cuántica”. dice Zwierlein.
Esta investigación fue publicada en Naturaleza.
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