Física

Gran Avance en el Fenómeno Cuántico de Bose-Einstein

La interacción efectiva de los fotones se acelera cuando aumenta el número de fotones y es la clave para la aceleración.

Los investigadores han creado un condensado de Bose-Einstein con una velocidad récord, creando la fase fascinante de la materia en aproximadamente 100 femtosegundos. Para tener una idea de lo rápido que es, cien femtosegundos en comparación con un segundo es proporcionalmente lo mismo que un día en comparación con la edad del universo. El proyecto fue el resultado de una colaboración entre la Universidad Aalto y la Universidad del Este de Finlandia.

La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico en el que una gran cantidad de partículas comienza a comportarse como si fueran una sola. Albert Einstein y Satyendra Nath Bose predijeron este comportamiento fascinante a principios del siglo pasado. Se han utilizado muchos sistemas diferentes, como gases de átomos alcalinos o semiconductores acoplados con luz, para observar estos condensados. Sin embargo, ninguno de ellos nace tan rápido como el condensado Bose-Einstein de los investigadores finlandeses.

Los condensados ​​de Bose-Einstein compuestos de luz son similares a los láser y particularmente prometedores para la información y las tecnologías cuánticas. La transferencia de información de Internet hoy depende de la alta velocidad de la luz. En principio, la luz también se puede utilizar para proporcionar computación ultrarrápida con bajo consumo de energía, pero lograr esto requiere superar los límites de lo que sabemos sobre la interacción de la luz con la materia.

En nuestro mundo cotidiano, las moléculas de agua de aire húmedo se condensan en la superficie de una lata de cerveza fría. Del mismo modo, en el mundo cuántico, las partículas tienen que encontrar una manera de perder su energía para condensarse en el estado de energía más bajo posible. Este proceso generalmente lleva tiempo de miles de segundos a billonésimas de segundo. ¿Cómo fue posible formar un condensado aún más rápido?

‘Después de analizar cuidadosamente nuestros datos de medición, nos dimos cuenta de que la relajación de energía en nuestro sistema es un proceso altamente estimulado. Esto significa que la interacción efectiva de los fotones, que conduce a la condensación, se acelera cuando aumenta el número de fotones. Tal fenómeno es la clave para la aceleración», explica Aaro Väkeväinen, quien completó su doctorado con estos resultados. Otro desafío fue demostrar que la condensación realmente ocurre con una velocidad récord, ya que incluso las cámaras de laboratorio avanzadas no alcanzan tal resolución de tiempo. ‘Cuando bombeamos energía a las moléculas en 50 femtosegundos, se observó el condensado. Pero con un pulso de bomba de 300 femtosegundos no lo vimos, lo que indica que la condensación debe activarse aún más rápido’, dice el estudiante de doctorado Antti Moilanen.

«Este condensado produce un haz de luz coherente que es 100,000 veces más brillante que el primer condensado de polaritón de plasmón superficial que observamos en una matriz de nanorod de metal hace dos años», comenta el profesor de la Academia Päivi Törmä. La gran cantidad de fotones en el haz permite una observación clara de la distribución de fotones a diferentes energías que Bose y Einstein predijeron. «El brillo del haz hace que sea más fácil explorar nuevas áreas de investigación fundamental y aplicaciones con estos condensados», continúa. Una invención que surgió de la investigación de condensados ​​del grupo acaba de obtener una patente y se desarrollará más.

Fuente: Universidad de Aalto.

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