Los diminutos "skimmers" en forma de cono utilizados en experimentos que buscan fenómenos químicos-cuánticos exóticos se asemejan a los mecanismos de admisión de los motores de los aviones. y realizan funciones similares:cada uno dirige el flujo de gas - la admisión del motor controla el suministro de aire para quemar combustible, y el "skimmer" crea haces de átomos o moléculas fríos que vuelan. Si bien los skimmers han sido un componente necesario en los experimentos de haces atómicos y moleculares durante décadas, también se sabía que imponían un límite fundamental al número de partículas que se podían empaquetar en el haz. Sin embargo, El profesor Edvardas Narevicius y su equipo en el Departamento de Física Química del Instituto Weizmann de Ciencias han revelado ahora una forma sencilla de superar este límite.

Los experimentos con haz frío se llevan a cabo en laboratorios de todo el mundo para observar el comportamiento cuántico de átomos y moléculas, como, por ejemplo, ondas que interfieren entre sí. Sumando vigas juntas, como hacen Narevicius y su grupo en su laboratorio, crea reacciones químicas nuevas e interesantes.

Narevicius explica que el enfriamiento extremo necesario para tales experimentos, cercano al cero absoluto, se logra rociando un gas de átomos o moléculas a través de una pequeña boquilla en una cámara de vacío. de alta presión a casi ninguna. Los átomos del experimento se esparcen, formando una nube muy fría de átomos que se mueven muy rápido. Los skimmers se utilizan para dirigir algunos de estos átomos hacia un haz. "Uno pensaría, "dice Narevicius, "que si el gas en el recipiente está a una presión más alta, y así libera más átomos a la vez en la cámara de vacío, el haz resultante tendría una densidad más alta. Pero ese no es el caso. Por encima de cierta presión, la densidad se estabiliza. Los investigadores no han sabido superar este límite, poniendo muchos experimentos interesantes fuera de su alcance ".

"Este fue un problema perfecto para mi alumno, Yair Segev, ", agrega Narevicius. Segev llegó al Instituto Weizmann con experiencia en tecnología y física aeroespacial. Comenzando con un algoritmo utilizado por ingenieros aeroespaciales para modelar flujos altos en la atmósfera, creó simulaciones del flujo de partículas en los skimmers. Estas simulaciones revelaron la existencia de ondas de choque dentro de los conos del skimmer, que bloqueó el flujo posterior de partículas en el haz. Este fenómeno surge de las interacciones entre las partículas del rayo y el cono:las partículas rebotan en el skimmer a altas velocidades, chocar e interrumpir el flujo del rayo. Las altas velocidades reflejadas resultan del "caliente" (es decir, temperatura ambiente) superficie del skimmer, Entonces Segev probó la simulación con skimmers enfriados. Los resultados mostraron una reducción significativa de las ondas de choque, así como haces mucho más densos detrás de ellos.

A continuación, el equipo llevó a cabo experimentos con varios haces moleculares, enfriar sus espumaderas a temperaturas progresivamente más bajas. La realización de las pruebas con neón y otros tipos de plasma fluorescente les permitió observar claramente los coloridos resultados. Los investigadores encontraron que la forma de las ondas de choque cambió significativamente y que la densidad de los rayos aumentó con el enfriamiento del skimmer. alcanzando su punto máximo cuando la temperatura estaba por debajo de algunas decenas de grados por encima del cero absoluto, lo suficientemente fría como para congelar los átomos en la punta del cono y así permitir que el resto fluya a través "sin sentir ninguna perturbación del skimmer, "dice Narevicius.

“Las ondas de choque dentro y alrededor de los skimmers resultan ser similares a las que experimenta una nave espacial cuando cruza el límite entre el vacío del espacio y la atmósfera superior, "dice Segev." En ambos casos, suprimir el calor transferido entre la superficie y el gas puede cambiar drásticamente la forma del flujo. En la nave espacial queremos evitar que la atmósfera caliente el caparazón, mientras que en nuestros experimentos queremos evitar que el skimmer caliente nuestras frías vigas ".