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Física

Un superrefrigerador de partículas

Científicos de la ciudad paulista de São Carlos, en Brasil, desarrollan una estrategia más sencilla para producir moléculas ultrafrías

Ampolla con rubidio, el metal utilizado en la producción de moléculas ultrafrías

Dennis S. K./ Wikimedia Commons

La producción de moléculas ultrafrías, mantenidas a temperaturas cercanas al cero absoluto o cero Kelvin (-273,15 ºC), se realiza en muchas etapas y requiere del uso de varios haces de luz láser, aparte de otros dispositivos caros, que cuestan millones de dólares, disponibles en pocos laboratorios del mundo. Pero este cuadro podría empezar a modificarse. En el Instituto de Física de São Carlos (IFSC) de la Universidad de São Paulo (USP), el equipo de Luis Marcassa concibió una estrategia más simple para enfriar moléculas, en las cuales los físicos están interesados porque ellas permiten testear propiedades fundamentales de las partículas, realizar operaciones de computación cuántica e intentar optimizar las reacciones químicas. A partir de un haz de luz láser y dispositivos que, en conjunto, costaron 150 mil dólares, el grupo de la USP generó moléculas de dos átomos de rubidio a una temperatura de 10 microKelvin (10 millonésimos de grado por encima del cero absoluto).

Lo novedoso es la forma de enfriar las moléculas. Los experimentos anteriores se valían de un haz láser para reducir la velocidad de vibración de las moléculas hasta casi lograr detenerlas. El enfriamiento las lleva a perder energía y vibrar menos (cuanto menor es la vibración, más baja es la temperatura), pero eso requiere de la intervención de más haces láser y de otras técnicas para controlar la rotación de las moléculas. Marcassa y su equipo tuvieron la idea de enfriarlas aprovechando una propiedad inherente al mundo de las partículas: la tendencia a mantenerse siempre con el nivel más bajo posible de energía.

En un primer momento, ellos comenzaron utilizando el láser para proveer energía a las moléculas. Eso las excita y las hace vibrar más. Entretanto, sin embargo, ellas pierden energía emitiendo luz y retornan a un estado menos energético, que a veces resulta energéticamente inferior al estado inicial. Con base en cálculos efectuados por el grupo de Olivier Dulieu, de la Universidad París Sur, en Francia, el equipo de la USP repitió el procedimiento casi 20 veces, disminuyendo progresivamente la energía suministrada a las partículas hasta que ellas casi no vibraron más. Mediante esa estrategia, se pudo bajar la temperatura al 74% de las 10 mil moléculas de rubidio, informaron los científicos en un artículo que publicaron en marzo en la revista Physical Review Letters. “El experimento funcionó como prueba de principio. Espero que estimule a otros grupos a intentar reproducirlo”, comenta Marcassa.

Esa estrategia redujo la vibración de las partículas, pero solo parcialmente la rotación. “Es un método más simple que los anteriores y una alternativa interesante”, dice el físico Marcio Miranda, de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), quien participó en la producción de las primeras moléculas ultrafrías en 2008, en Estados Unidos. “Todavía se necesita mejorar el control sobre la rotación de las moléculas”

Proyecto
Manipulation of atomic collisions in optical traps (nº 13/02816-8); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Luis Gustavo Marcassa (IFSC-USP); Inversión R$ 1.487.738,55

Artículo científico
PASSAGEM, H. F. et al. Continuous loading of ultracold ground-state 85Rb2 molecules in a dipole trap using a single light beam. Physical Review Letters. 26 mar. 2019.

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