Físicos son testigos de la formación de cuasipartículas por primera vez en la historia

Por primera vez, los científicos han observado la formación de cuasipartículas – un extraño fenómeno observado en ciertos sólidos – en tiempo real, algo que los físicos han estado luchando por hacer durante décadas.

Físicos son testigos de la formación de cuasipartículas por primera vez en la historia

No es sólo un gran problema para el mundo de la física – es un logro que podría cambiar la forma en que construimos la electrónica de forma ultra-rápida, y podría conducir al desarrollo de los procesadores cuánticos.

Pero ¿qué es una cuasipartícula? En lugar de ser una partícula física, es un concepto que se utiliza para describir algunos de los fenómenos extraños que suceden en configuraciones muy decorativas – específicamente, los sistemas cuánticos de muchos cuerpos , o materiales de estado sólido .

Un ejemplo es un electrón que se mueve a través de un sólido. Como el electrón viaja, genera polarización en su entorno debido a su carga eléctrica. Esta nube de «polarización» sigue el electrón a través del material, y juntos se pueden describir como una cuasipartícula.

«Se puede imaginar como un esquiador en un día con polvo», explicó uno de los investigadores, Rudolf Grimm , de la Universidad de Innsbruck en Austria. «El esquiador está rodeado por una nube de cristales de nieve. Juntos forman un sistema que tiene diferentes propiedades que el esquiador sin la nube».

Las cuasipartículas y su formación se han descrito ampliamente en modelos teóricos, pero la medición y observación de estos en tiempo real ha sido un verdadero reto. Eso es porque no sólo el fenómeno de las cuasipartículas ocurre a pequeña escala – posee también una increíble corta duración.

«Estos procesos duran sólo attosegundos, lo que hace que la observación en el tiempo de su formación sea extremadamente difícil», dijo Grimm.

Para poner esto en perspectiva, 1 attosegundo es una trillonésima de un segundo. Lo que significa que para 1 attosegundo 1 segundo es aproximadamente 31710 millones años – así que, sí, eso es bastante rápido.

Pero el equipo logró encontrar una manera de retrasar el proceso un poco.

Lo hicieron dentro de una cámara de vacío, que utiliza técnicas de captura láser para crear un gas cuántico ultrafrío compuesto de átomos de litio y una pequeña muestra de átomos de potasio en el centro.

A continuación, utilizaron un campo magnético para ajustar las interacciones de las partículas, creando un tipo de cuasipartícula conocido como un Polaron Fermi – que son básicamente átomos de potasio incrustados en una nube de litio.

La formación de esas cuasipartículas habrían tomado la cantidad de 100 attosegundos en un sistema normal, pero gracias a los gases cuánticos ultrafríos, el equipo fue capaz de reducir la velocidad, y ser testigos de esto que ocurre por primera vez en la historia.

«Hemos simulado los mismos procesos físicos a densidades mucho más bajas», dijo Grimm . «En este caso, el tiempo de formación de polarones es de unos pocos microsegundos.»

El objetivo ahora es encontrar la manera no sólo de observar estas cuasipartículas, sino que también de medirlas, de modo que podamos encontrar una manera de utilizarlas para el desarrollo de sistemas de procesamiento cuánticos traerán consigo grandiosos avances en electrónica.

«Hemos desarrollado un nuevo método para observar el ‘nacimiento’ de un polaron prácticamente en tiempo real», dijo Grimm. «Esto puede llegar a ser un enfoque muy interesante para comprender mejor las propiedades físicas cuánticas de los dispositivos electrónicos ultrarrápidos.»

La investigación ha sido publicada en Science

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