Los láseres atómicos que pueden producir continuamente un haz de materia están un paso más cerca. Los láseres de luz, que usamos en impresoras, equipos de medición y oftalmología, entre otras cosas, emiten haces estrechos de luz coherente, que consiste en ondas de luz que se mueven de forma totalmente sincrónica. De acuerdo con la mecánica cuántica, las partículas como los átomos también pueden describirse como ondas. Esto significa que los físicos pueden crear un láser atómico haciendo que las ondas de materia de los átomos se muevan sincrónicamente, como una gran onda de materia.
Los láseres atómicos se pueden utilizar en sensores precisos con aplicaciones en la navegación y la investigación física de los efectos gravitacionales. Para estas aplicaciones es necesario mantener las ondas de materia durante mucho tiempo. Un grupo de físicos de la Universidad de Ámsterdam (UvA) ha desarrollado un método para ello. Sus Resultados apareció la semana pasada en Naturaleza†
La base de un láser atómico son miles o millones de átomos que están todos en el mismo estado al mismo tiempo, formando así una onda coherente de materia. Esto se llama condensado de Bose-Einstein. Puedes compararlo con un grupo de soldados que marchan en perfecto paso, haciéndolos aparecer como un todo.
Cero absoluto
No es fácil lograr que los átomos formen un condensado de Bose-Einstein. Para ello hay que enfriarlos al vacío hasta casi el cero absoluto (-273°C), para que apenas se muevan. Esto se hace con luz láser que ralentiza los átomos y hace que se enfríen. Cuando una nube de átomos es lo suficientemente fría y compacta, naturalmente forman un condensado de Bose-Einstein.
Los condensados de Bose-Einstein se fabricaron por primera vez hace más de 25 años. Esto pronto resultó en los primeros láseres atómicos. Pero estos solo pueden producir pulsos de ondas de materia de una fracción de segundo. Un condensado de Bose-Einstein solo existe por un corto tiempo y es vulnerable, porque pierdes los átomos que contiene cuando se calientan o forman moléculas. Una pequeña luz láser dispersa puede destruirlo. Eso es difícil, porque se necesita luz láser para enfriar.
«Para mantener un láser atómico sin pulso, hay que agregar continuamente átomos ultrafríos al condensado de Bose-Einstein para compensar los átomos que se pierden», dice por teléfono el físico UvA Florian Schreck. Él y sus colegas desarrollaron una técnica para esto. “En 2012, demostramos que es posible hacer un condensado de Bose-Einstein rodeado por una nube de átomos enfriados por láser”, dice. En esa nube enfriada por láser, los átomos pueden chocar como bolas de billar. Uno obtiene toda la energía cinética para que el otro sea tan lento que pueda entrar en el condensado de Bose-Einstein.
Enfriamiento paso a paso
El último desarrollo tiene que ver con el enfriamiento por láser de los átomos, que se realiza paso a paso. En cada paso, un láser diferente enfría aún más los átomos. “Otros experimentos llevan a cabo estos pasos de enfriamiento uno tras otro, en el mismo lugar. En nuestra configuración, cada paso tiene lugar en otro lugar”, dice Schreck. “Esto reduce el riesgo de que la luz de un paso interfiera con el siguiente”.
Esto da como resultado un arreglo con un flujo constante de átomos que se enfrían paso a paso para finalmente terminar en la nube enfriada por láser. Desde allí alimentan el condensado de Bose-Einstein que se mantiene durante tanto tiempo arbitrariamente.
Esto es casi un láser atómico, pero no del todo todavía. Schreck: «El siguiente paso es agregar algún tipo de salida para que podamos extraer un rayo láser atómico continuo del condensado de Bose-Einstein». Si tiene éxito, el láser está listo para usar.