Láseres ultraveloces toman instantáneas del choque de átomos
Los experimentos en el JILA, un instituto conjunto del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y de la Universidad de Boulder en Colorado, confirman una teoría existente desde hace décadas, de cómo los átomos, que podemos imaginar en este caso como pelotas de tenis, pierden forma y energía por un breve instante cuando impactan contra algo. Los resultados ayudarán a los científicos a estudiar otros procesos que operan en dimensiones atómicas, y a entender mejor las leyes de la física.
Los nuevos datos proporcionan el equivalente de fotogramas no visibles en películas, mostrando átomos en colisión. De modo parecido a cuando una pelota de tenis es golpeada por una raqueta, el movimiento es demasiado rápido para el ojo, pero se puede detectar usando destellos cortos de luz. Los científicos del JILA recolectaron datos sobre las propiedades de los átomos antes, durante y después de colisiones que duraban sólo medio picosegundo (billonésima de segundo), usando destellos láser que eran aún más rápidos.
En el experimento del JILA, unos 10 trillones de átomos de potasio en un gas denso fueron empaquetados en un contenedor de titanio de sólo un centímetro cuadrado, y calentado a 700 grados C. Con temperaturas tan altas y números tan grandes de átomos, el experimento está diseñado para maximizar el número de colisiones atómicas. Pulsos rápidamente alternantes de luz láser son entonces usados para "congelar la acción" en la foto.
Los científicos usaron breves destellos de luz láser para revelar cómo chocaban varios átomos.(Foto: V. Lorenz, JILA)
La energía del primer pulso láser es absorbida por los átomos, llevándolos a un estado uniforme, y haciéndoles emitir ondas electromagnéticas en patrones idénticos. Un segundo láser ilumina rápidamente entonces la masa de átomos, y un detector captura un haz luminoso formado por la interacción de los haces incidentes. La luz del segundo pulso es absorbida y reemitida por átomos que están "en sincronía" pero no por átomos que están chocando y perdiendo energía. La intensidad de esta señal, medida como una función del retardo entre los dos pulsos, proporciona una "instantánea" de cuántos átomos chocan en un mismo momento, así como detalles sobre cambios en sus patrones de onda.
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