Los científicos han medido el estado de unión de la luz y la materia por primera vez

Gracias a un rayo láser, es posible la polarización de los átomos para que puedan cargarse positivamente por un lado y negativamente por el otro. Como resultado, se atraen entre sí, creando un estado de enlace único que es significativamente más débil que el enlace entre dos átomos en una molécula específica pero aún cuantificable. El rayo láser, que se puede considerar como una “molécula” de luz y materia, de alguna manera le da a los átomos polarizados el poder de atraerse entre sí.

Este fenómeno se ha anticipado teóricamente durante mucho tiempo, pero los investigadores de la Universidad de Innsbruck y el Centro de Viena para la Ciencia y Tecnología Cuántica (VCQ) en Tu vienes ahora han hecho la primera medición de esta conexión atómica inusual. Crearon por primera vez un estado de enlace muy especial entre los átomos en el laboratorio. Esta interacción se puede usar para manipular átomos muy fríos y también puede afectar la formación de moléculas en el espacio.

El profesor Philipp Haslinger, cuya investigación en el Atominstitut de TU Wien cuenta con el apoyo del programa FWF START, dijo: “En un átomo eléctricamente neutro, un núcleo atómico cargado positivamente está rodeado de electrones cargados negativamente, que rodean el núcleo atómico como una nube. Si ahora enciendes un campo eléctrico externo, esta distribución de carga cambia un poco.

“La carga positiva se desplaza ligeramente en una dirección, la carga negativa ligeramente en la otra dirección, el átomo de repente tiene un lado positivo y un lado negativo, polarizados”.

Es posible crear un efecto de polarización con luz láser porque la luz es solo una campo electromagnetico que cambia rápidamente. La luz polariza todos los átomos (cuando se colocan uno al lado del otro) por igual: positivo a la izquierda y negativo a la derecha, o viceversa. En cualquier caso, dos átomos vecinos hacen girar cargas diferentes entre sí, creando una fuerza entre ellos.

Mira Maiwöger de TU Wien, la primera autora de la publicación, dijo: “Es una fuerza de atracción muy débil, por lo que hay que experimentar con mucho cuidado para poder medirla. Si los átomos tienen mucha energía y se mueven rápido, la fuerza de atracción desaparece inmediatamente. Por eso una nube de átomos ultrafríos se utilizó.

Mira Maiwöger de TU Wien, la primera autora de la publicación, dijo: “Es una fuerza de atracción muy débil, por lo que hay que experimentar con mucho cuidado para poder medirla. Si los átomos tienen mucha energía y se mueven rápido, la fuerza de atracción desaparece inmediatamente. Por eso una nube de átomos ultrafríos se utilizó.

Los científicos utilizaron una técnica en la que primero capturaron y luego enfriaron átomos en una trampa magnética en un chip atómico. Luego, los átomos se liberan en caída libre después de apagar la trampa. Aunque es “ultrafría” -con una temperatura por debajo de una millonésima de Kelvin-, la nube de átomos tiene energía suficiente para crecer durante el otoño. Sin embargo, este crecimiento de la nube atómica se ralentiza si los átomos se polarizan con un rayo láser durante esta fase, creando una fuerza de atracción entre ellos. Así es como se mide la fuerza de atracción.

Matthias Sonnleitner, quien sentó las bases teóricas del experimento, dijo: “Polarizar átomos individuales con rayos láser no es nada nuevo. Sin embargo, lo crucial de nuestro experimento es que logramos por primera vez polarizar varios átomos juntos de manera controlada, creando una fuerza medible y atractiva entre ellos.

Felipe Haslinger ha dicho, “Esta fuerza de atracción es una herramienta complementaria para controlar los átomos fríos. Pero también podría ser importante en astrofísica: en la inmensidad del espacio, las pequeñas fuerzas pueden desempeñar un papel importante. Aquí pudimos demostrar por primera vez que la radiación electromagnética puede generar una fuerza entre los átomos, lo que puede ayudar a arrojar nueva luz sobre escenarios astrofísicos que aún no se han explicado.

Referencia de la revista:

1. Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Observación de fuerzas dipolo-dipolo inducidas por la luz en gases atómicos ultrafríos. física Rvdo. X 12, 031018 – Publicado el 27 de julio de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018