Física

Trampa láser para un elemento raro recibe ayuda inesperada


(NC&T) El grupo de físicos estaba intentando atrapar a ese elemento raro y radiactivo con motivo de un estudio sobre la inversión del tiempo. Encontrar ejemplos de este efecto tiene implicaciones para la física más allá del Modelo Estándar y para explicar por qué el Big Bang condujo a una situación de desequilibrio entre las abundancias de materia y antimateria en el universo.

Empezando con menos de la millonésima parte de un gramo de radio, los científicos vaporizaron, enfriaron por láser y capturaron sus átomos en una trampa magnetoóptica. El átomo de radio es el más pesado y sólo el segundo elemento sin isótopos estables (después del francio) en ser atrapado hasta ahora gracias al láser. Resultaba particularmente difícil atraparlo porque la cantidad era escasa y su estructura atómica no está bien estudiada ni se conoce mucho sobre ella.

Los átomos de radio fueron ralentizados y luego capturados con campos magnéticos y haces de láser sintonizados cerca de la frecuencia de resonancia de los átomos. En los experimentos futuros se sondeará a los átomos de radio enfriados con láser mientras giran dentro de un gran campo eléctrico. Estos experimentos pueden detectar una leve pero inconfundible huella de la inversión del tiempo.

"Debido a que son ovoides, los núcleos atómicos del radio deben de ser muy sensibles a los efectos de la inversión del tiempo que queremos investigar", explica Jeffrey Guest, de la División de Física del Laboratorio Nacional de Argonne. "Sin embargo, es difícil trabajar con él. Sus átomos tienden a flotar fuera de la trampa y debido a su química son propensos a pegarse a las paredes de la cámara de vacío".

Trampa láser
Jin Wang y Jeffrey Guest (Foto: George Joch)
Sin embargo, los investigadores se sorprendieron al comprobar que los átomos de radio permanecían en la trampa mucho más tiempo de lo esperado. "Quedamos sorprendidos al descubrir que la temperatura de radiación de cuerpo negro realmente desempeñaba un papel esencial a favor nuestro", explica Guest.

La radiación de cuerpo negro es esencialmente calor, en este caso, radiación infrarroja que viene de las paredes a temperatura ambiente del aparato. Esta radiación es a menudo una molestia para los experimentos de física, produciendo calentamiento, contribuyendo al "ruido" de fondo y perturbando las fases cuánticas. Sin embargo, cuando los átomos de radio entraron en los estados atómicos metaestables (en los cuales los átomos ya no pudieron "ver" a los láseres de la trampa) durante el enfriamiento por láser, la radiación de cuerpo negro agregó suficiente energía a los átomos para "reciclarlos" de vuelta hacia una configuración en que pudieran "ver" de nuevo a los láseres. Esto permitió que los láseres hicieran con mayor eficacia su trabajo y mantuvieran a los átomos en el lugar.

Este mecanismo puede ser útil para atrapar otros átomos con estructura compleja.


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