Los físicos dicen que han desarrollado un láser atómico que puede «funcionar para siempre»

Los nuevos avances han permitido a los físicos crear un rayo de átomos que se comporta como un láser, que teóricamente podría permanecer «para siempre».

En última instancia, esto podría significar que la tecnología está en camino a la aplicación práctica, o que todavía se aplican restricciones significativas.

Sin embargo, este es un gran paso adelante para lo que se conoce como «láser atómico», un rayo hecho de átomos que viaja como una sola onda que algún día podría usarse para probar las tecnologías de ingeniería de precisión de constantes físicas básicas.

Los láseres atómicos ya son un minuto. El primer láser atómico fue desarrollado por el equipo del MIT físicos allá por 1996. El concepto parece bastante simple. Así como un láser basado en la luz tradicional consiste en fotones que se mueven sincrónicamente con sus ondas, un láser hecho de átomos requerirá que su propia naturaleza de onda esté alineada antes de que pueda mezclarse como un rayo.

Sin embargo, como ocurre con muchas cosas en la ciencia, es más fácil decirlo que hacerlo. En la raíz de los láseres atómicos estado del material se llama: Condensado de Bose-Einsteino BEC.

BEC es creado por congelación de nubes bosones sólo una fracción por encima del cero absoluto. A temperaturas tan bajas, los átomos descienden a su estado de energía más bajo posible sin detenerse por completo.

Cuando alcanzan estas bajas energías, las propiedades cuánticas de las partículas ya no pueden interferir entre sí. están tan juntos que se superponen, lo que da como resultado una nube de átomos de alta densidad que se comporta como un solo «superátomo» u onda de materia.

Sin embargo, los BEC son una paradoja. Son muy frágiles; incluso la luz puede destruir BEC. Dado que son los átomos de BEC es enfriado por láseres ópticosesto generalmente significa que la existencia del BEC es transitoria.

Los láseres atómicos que los científicos han logrado lograr hasta ahora han sido pulsados ​​en lugar de continuos. և implica disparar solo un pulso antes de la necesidad de crear un nuevo BEC.

Para crear un BEC en curso, un equipo de investigadores de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos se dio cuenta de que algo necesitaba cambiar.

«En experimentos anteriores, los átomos se enfriaron gradualmente en un solo lugar. Durante nuestra instalación decidimos difundir los pasos de congelación no en el tiempo sino en el espacio. explicó el físico Florian Shrek.

«Eventualmente, los átomos sobreenfriados llegan al núcleo del experimento, donde pueden usarse para generar ondas de materia unidas al BEC. De esta manera, podemos continuar el proceso, de hecho, para siempre».

Este «corazón de la experiencia» es una trampa que BEC mantiene protegida de la luz, un depósito que puede reponerse continuamente mientras la experiencia funcione.

Sin embargo, proteger el BEC de la congelación de la luz láser es, en teoría, un poco más difícil en la práctica. No solo había obstáculos técnicos, sino también obstáculos burocráticos y administrativos.

«Al mudarnos a Ámsterdam en 2013, comenzamos con un acto de fe, fondos prestados, una habitación vacía, un equipo que se financió en su totalidad con subvenciones personales». dijo el físico Chun-Chia Chenquien dirigió la investigación.

«Seis años después, en las primeras horas de la mañana de Navidad de 2019, la experiencia finalmente llegaba a su fin. Tuvimos la idea de agregar un rayo láser adicional para resolver el último problema técnico, e instantáneamente todas nuestras imágenes mostraron BEC. , la primera onda continua BEC”.

Ahora que se ha implementado la primera parte del láser atómico continuo, el «átomo continuo», el siguiente paso, según el equipo, es mantener un haz atómico estable. Podrían lograr esto moviendo los átomos a un estado atrapado, produciendo una ola de materia difusa.

Debido a que utilizaron átomos de estroncio, una opción popular para los BEC, la perspectiva abre oportunidades interesantes, dijeron. La interferometría atómica que utiliza BEC de estroncio, por ejemplo, se puede utilizar para estudiar o detectar la relatividad y la mecánica cuántica. ondas gravitacionales.

«Nuestra experiencia es análoga a la onda material con láseres ópticos de onda continua con espejos de apertura totalmente reflectantes». los investigadores escribieron en su trabajo.

«Esta demostración de prueba de principio proporciona un nuevo segmento de óptica atómica, hasta ahora ausente, que permite la construcción de dispositivos de ondas de material conectados continuamente».

El estudio fue publicado Naturaleza:.