Primera síntesis de moléculas ultrafrías
(NC&T) Los experimentos realizados bajo la dirección de Rudolf Grimm por Cheng Chin (ahora en la Universidad de Chicago) y sus colegas en la Universidad de Innsbruck en Austria, pueden llevar a una mejor comprensión científica de la superconductividad, y a progresar en un nuevo campo en desarrollo llamado Superquímica. A largo plazo, ello podría proporcionar también una estrategia que ayudaría al desarrollo de ordenadores cuánticos.
A la nueva forma de materia que el equipo de la Universidad de Innsbruck produjo en el 2003, se la denomina Superfluido de Fermiones, y existe sólo a pocos grados por encima del Cero Absoluto. Los superfluidos exhiben características diferentes de los sólidos, líquidos y gases que dominan la vida cotidiana. Lo más notable es que los superfluidos pueden fluir sin cesar y sin ninguna pérdida de energía.
Al crear el superfluido de fermiones, el equipo extendió el trabajo que hizo ganar el Premio Nobel de Física a Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman en el 2001. Esos científicos habían conseguido crear los primeros condensados de Bose-Einstein. A partir de la labor de Satyendra Nath Bose, Albert Einstein predijo en los años 20 que se formaría un estado especial de la materia cuando un grupo de átomos se colapsara en su estado de energía más bajo. En este estado ahora denominado con sus nombres, los átomos se comportan como si fuesen todos un solo átomo gigante.
Cornell, Ketterle y Wieman crearon su condensado de Bose-Einstein de bosones, una de las dos categorías principales de partículas subatómicas. Los bosones transmiten fuerza, mientras la otra categoría de partículas, los fermiones, comprenden la materia. Chin y el grupo de Innsbruck mostraron en el 2003 que, con alguna dificultad, los fermiones (en este caso, átomos de litio) también se pueden llevar a un condensado de Bose-Einstein. Los átomos por sí mismos no pueden volverse un condensado. No son bosones. Pero una vez que están emparejados, se vuelven bosones.
 | | Miembros del equipo de investigación. (Foto: University of Chicago) |
Las leyes de la mecánica cuántica prohíben la condensación de los fermiones. Chin y sus colegas usaron una técnica llamada resonancia de Feshbach para ligar dos átomos en una molécula simple que se comporta como un bosón. El proceso se lleva a cabo en un campo magnético y se asemeja al tipo de emparejamiento de electrones que causa la superconductividad (el flujo sin obstáculos de la electricidad a temperaturas cercanas al cero absoluto en sólidos).
Este tipo de emparejamiento de electrones, conocido como enlace de pares Cooper, se caracteriza porque los electrones son emparejados a distancias más lejanas de lo usual.
Hace unos dos años, los científicos de Innsbruck encontraron una profunda e inesperada conexión entre los condensados de Bose-Einstein y el enlace de pares Cooper. Aprendieron que podían usar un par de átomos para simular los electrones de un par de Cooper. Y más importante aún, que podrían controlar las interacciones de los átomos.
En su último logro, Chin y sus colegas han aprendido cómo usar la resonancia de Feshbach a modo de sistema de control que liga las moléculas simples hechas de átomos de cesio en cúmulos aún más grandes a temperaturas cercanas al cero absoluto.
A medida que las moléculas ultra frías son sintetizadas en objetos cuánticos complejos, fenómenos ocultos en la escala subatómica se volverán visibles casi a ojo desnudo. Se abrirán posibilidades completamente nuevas de estudio, incluyendo reacciones químicas en el mundo cuántico.
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