¿Cuándo un atasco no es un atasco? Cuando es un atasco cuántico, por supuesto. Solo en la física cuántica el tráfico puede estar parado y en movimiento al mismo tiempo.

Un nuevo artículo teórico de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland sugiere que crear intencionalmente tal atasco de tráfico a partir de un anillo de varios miles de átomos ultrafríos podría permitir mediciones precisas del movimiento. Si se implementa con la configuración experimental correcta, los átomos podrían proporcionar una medida de la gravedad, posiblemente incluso a distancias tan cortas como 10 micrómetros, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano.

Si bien los autores enfatizan que queda mucho trabajo por demostrar que tal medición sería alcanzable, la recompensa potencial sería una aclaración de la atracción de la gravedad a escalas de longitud muy cortas. Las anomalías podrían proporcionar pistas importantes sobre el comportamiento de la gravedad, incluso por qué nuestro universo parece expandirse a un ritmo acelerado.

Además de responder potencialmente a preguntas fundamentales profundas, estos anillos de átomos pueden tener aplicaciones prácticas, también. Podrían conducir a sensores de movimiento mucho más precisos de lo que era posible anteriormente, o sirven como interruptores para computadoras cuánticas, con 0 representado por el atasco atómico y 1 por el tráfico de átomos en movimiento.

Los autores del artículo están afiliados al Joint Quantum Institute y al Joint Center for Quantum Information and Computer Science, ambos son asociaciones entre NIST y la Universidad de Maryland.

Durante las últimas dos décadas, Los físicos han explorado un estado exótico de la materia llamado condensado de Bose-Einstein (BEC), que existe cuando los átomos se superponen entre sí a temperaturas gélidas, a una pizca de un grado del cero absoluto. Bajo estas condiciones, una pequeña nube de átomos puede convertirse esencialmente en un gran "superátomo cuántico, “Permitiendo a los científicos explorar propiedades potencialmente útiles como la superconductividad y la superfluidez más fácilmente.

Los físicos teóricos Stephen Ragole y Jake Taylor, los autores del artículo, ahora han sugerido que una variación de la idea de BEC podría usarse para detectar la rotación o incluso explorar la gravedad en distancias cortas, donde otras fuerzas como el electromagnetismo generalmente superan los efectos de la gravedad. La idea es usar rayos láser, que ya se usan comúnmente para manipular átomos fríos, para unir unos pocos miles de átomos en un anillo de 10 a 20 micrómetros de diámetro.

Una vez que se forma el anillo, los láseres lo agitarían suavemente para ponerlo en movimiento, haciendo que los átomos circulen a su alrededor como coches que viajan uno tras otro por una circunvalación de un solo carril. Y así como las llantas de los autos giran mientras viajan por el pavimento, Las propiedades de los átomos captarían la influencia del mundo que los rodea, incluidos los efectos de la gravedad de masas a solo unos micrómetros de distancia.

El anillo aprovecharía uno de los comportamientos contraintuitivos de la mecánica cuántica para ayudar a los científicos a medir realmente lo que captan sus átomos sobre la gravedad. Los láseres podrían agitar los átomos en lo que se llama una "superposición, "lo que significa que, en efecto, estarían circulando por el anillo y simultáneamente en un punto muerto. Esta superposición de flujo y atasco ayudaría a mantener las relaciones entre los átomos del anillo durante algunos milisegundos cruciales después de eliminar sus limitaciones de láser, tiempo suficiente para medir sus propiedades antes de que se dispersen.

Este atasco cuántico no solo podría superar un difícil desafío de medición de la gravedad, pero podría ayudar a los físicos a descartar algunas de las muchas teorías en competencia sobre el universo, lo que podría ayudar a aclarar un atasco de ideas de larga data.

Uno de los grandes misterios del cosmos es por qué se está expandiendo a un ritmo aparentemente acelerado. Los físicos han sugerido una fuerza externa, apodado "energía oscura, "provoca esta expansión, pero aún tienen que descubrir su origen. Una entre muchas teorías es que en el vacío del espacio, Las partículas virtuales de corta duración aparecen constantemente y desaparecen de la existencia, y su repulsión mutua crea los efectos de la energía oscura. Si bien es una explicación bastante razonable en algunos niveles, Los físicos calculan que estas partículas crearían tanta fuerza repulsiva que inmediatamente volarían el universo en pedazos. Entonces, ¿cómo pueden conciliar las observaciones con la idea de la partícula virtual?

"Una posibilidad es que el tejido básico del espacio-tiempo solo responda a partículas virtuales que se encuentran a más de unos pocos micrómetros de distancia, "Taylor dijo, "y ese es el tipo de separación que podríamos explorar con este anillo de átomos fríos. Entonces, si resulta que se puede ignorar el efecto de las partículas que operan en estas escalas de corta longitud, puede explicar gran parte de esta energía repulsiva no observada. Estaría ahí, simplemente no afectaría a nada a escala cósmica ".

La investigación aparece en la revista Cartas de revisión física .