Al investigar los átomos, los científicos enfrentan un desafío:a temperatura ambiente, los átomos individuales de un gas tienen energía cinética, y volar a grandes velocidades. La temperatura es, en esencia, el movimiento relativo entre átomos; por tanto, el objetivo de conseguir que los átomos tengan velocidades relativas pequeñas implica congelarlos a temperaturas extremadamente frías. Un grupo del Instituto de Ciencias Weizmann ha desarrollado un nuevo método universal para enfriar iones.

Iones átomos con cargas eléctricas, se enfrían hoy en trampas usando campos eléctricos y magnéticos y luego se enfrían aún más con láseres. El nuevo método desarrollado por los científicos del personal Dr. Oded Heber y Dr. Michael Rappaport, y los becarios postdoctorales Dr. Reetesh Kumar Gangwar y Dr. Koushik Saha, en el laboratorio del Prof.Daniel Zajfman del Departamento de Física de Partículas y Astrofísica del Instituto de Ciencias Weizmann, no requiere láseres.

En el pasado, El profesor Zajfman y su grupo habían creado una versión mejorada de una trampa de iones llamada trampa de haz de iones electrostático, un aparato para almacenar iones que era mucho más pequeño que los anillos de almacenamiento de iones estándar. que tienden a ser muy grandes y costosos. En una trampa electrostática, Las moléculas iónicas oscilan mientras vuelan a velocidades de hasta 10, 000 km / h, y estos se enfrían internamente dentro de la trampa. Sistemas como este pueden recrear en el laboratorio la escasa materia que existe en el espacio interestelar.

Cuando grupos de iones oscilan en la trampa a estas altas velocidades, hay una distribución natural de frecuencias. En este punto, los científicos tienen un método en el que se aplica "voltaje de impulso periódico variable" para separar los iones más fríos en esa distribución, acelerando solo estos. Al continuar aplicando voltajes, los investigadores pueden acabar eventualmente con los iones más fríos. "Este proceso, "dice Heber, "No se trata tanto de enfriar como de 'filtrar' o clasificar los iones según las temperaturas que han alcanzado".

En experimentos recientes, sin embargo, el grupo sintonizó la trampa para que se pueda aumentar la densidad de los iones en la trampa del haz de iones electrostáticos 1, 000 veces en los bordes. El aumento de la densidad aumenta naturalmente la incidencia de colisiones entre los iones en el haz, y el resultado es que la energía se comparte entre los iones. Los científicos descubrieron que había una correlación mejorada entre la posición de un ion dentro del grupo y su nivel de energía cinética. Los iones más fríos estaban en el centro. En efecto, la energía, o temperatura, se transfirió a los iones en los bordes, produciendo iones más extremadamente fríos en el grupo acelerado. "Este sorprendente proceso, "dice Heber, "ya pasa la prueba del enfriamiento genuino".

En un artículo publicado recientemente en Cartas de revisión física , el grupo describe una serie de experimentos en los que los iones alcanzaron temperaturas de aproximadamente una décima de grado por encima del cero absoluto. Actualmente, los investigadores están llevando a cabo más experimentos para ajustar el sistema y hacer que las temperaturas de los iones sean aún más bajas.

Heber dice que el nuevo método es significativo porque el proceso de enfriamiento no depende ni del tipo ni del peso del ion. Por lo tanto, podría usarse, por ejemplo, investigar las propiedades de grandes moléculas biológicas o nanopartículas.