Gracias a la nueva tecnología, es posible retener átomos individuales, moverlos de manera específica o cambiar su condición. Los físicos de Kaiserslautern también trabajan con este sistema. En un estudio reciente, investigaron las consecuencias de la colisión de dos átomos en un campo magnético débil a baja temperatura. Por primera vez han descubierto que los átomos, llevando su momento angular en paquetes individuales (cuantos), de ese modo intercambiar dos paquetes. También se demostró que se puede controlar la fuerza de interacción entre los átomos. Esto es de interés para investigar reacciones químicas, por ejemplo. El artículo fue publicado en la revista Cartas de revisión física .

Hasta hace unas décadas era impensable que los físicos llevaran a cabo experimentos con partículas atómicas individuales. Erwin Schrodinger, uno de los pioneros de la teoría cuántica moderna, esperaba "consecuencias ridículas" de esta idea y la describió como igualmente probable que criar un dinosaurio Ichtyosaurus en un zoológico. Sin embargo, Los avances en la tecnología láser y la física atómica actual hacen posible los experimentos con átomos individuales.

Los físicos del profesor Artur Widera y su estudiante de doctorado Felix Schmidt en Technische Universität Kaiserslautern (TUK) también están trabajando en este tema en el grupo de investigación Individual Quantum Systems. Dependen de un condensado de Bose-Einstein que consta de átomos de rubidio. "En física, esto se refiere a un estado de la materia que es comparable con los estados líquido y gaseoso. Sin embargo, tal condensado es un estado mecánico cuántico perfecto que se comporta como una onda, "dice el profesor Widera. El condensado es comparable a un gas que consta de muy pocos átomos.

En un estudio reciente, junto con el profesor Eberhard Tiemann de la Universidad Gottfried Wilhelm Leibniz de Hannover, investigaron los efectos de un solo átomo de cesio al chocar contra un átomo de rubidio. Para observar las partículas, los investigadores primero deben enfriarlos a temperaturas justo por encima del cero absoluto. "Luego usamos pinzas ópticas para poner los átomos en contacto entre sí, "dice Felix Schmidt. Durante este proceso, los átomos se retienen mediante rayos láser. Los investigadores ahora han agregado un solo átomo de cesio al gas rubidio para medir lo que sucede antes y después de la colisión de los átomos.

Los físicos observaron cómo las partículas cambian su momento angular durante el impacto midiendo el estado del átomo de cesio individual antes y después de la colisión. En átomos, el momento angular de las partículas está presente hasta cierto punto en paquetes individuales, los llamados cuantos elementales. Los investigadores ahora han observado que los átomos pueden intercambiar dos de esos cuantos de momento angular al mismo tiempo en un solo impacto. Hasta aquí, solo se ha observado el intercambio de un solo paquete (quants). "Esto solo es posible porque realizamos el experimento en un campo magnético bajo, "dice Schmidt. Por lo tanto, la energía de los átomos es tan baja que especialmente la interacción entre los elementos individuales determina el resultado del impacto. "Esto hace posible que dos de los llamados cuantos elementales se transmitan simultáneamente, por ejemplo, para que el momento angular cambie dos veces, "continúa el físico.

Pero los científicos también observaron otro efecto. "El campo magnético débil y la baja energía cinética hacen que los átomos interactúen entre sí mil veces más grandes que los propios átomos, incluso a distancia, "Schmidt continúa. Al cambiar la fuerza del campo magnético, este efecto también podría controlarse. El efecto está directamente relacionado con un estado molecular muy grande y muy débilmente unido entre las dos partículas. "Pudimos observar indirectamente una molécula enorme de aproximadamente dos micrómetros de tamaño, "dijo Schmidt.

Este conocimiento de la interacción entre partículas a muy bajas energías puede, por ejemplo, ayudar a investigar enlaces en moléculas. Constan de al menos dos átomos que están conectados por interacciones. Esto permitiría, entre otras cosas, la preparación e investigación de moléculas muy grandes.