Desde su invención, el láser ha sido una herramienta invaluable en física. Se espera que un láser de átomos, con las ondas de luz reemplazadas por las ondas cuánticas de los átomos, pueda tener aplicaciones igualmente importantes, por ejemplo en la construcción de relojes ultraprecisos. Un equipo de investigación dirigido por el investigador de UvA Florian Schreck ha logrado un progreso importante hacia la creación del primer láser atómico continuo. Los resultados del equipo se publicaron en Cartas de revisión física a principios de esta semana.

En un láser ordinario, Las ondas de luz forman un estado llamado coherente:cuando estas ondas salen del láser, todos oscilan exactamente de la misma manera, con la misma frecuencia y la misma fase. La mecánica cuántica nos dice que las partículas de las que estamos hechos, quarks, electrones e incluso átomos enteros, también tienen propiedades onduladas. Pero, ¿se pueden poner también los átomos en un estado coherente? ¿O se puede construir un láser donde en lugar de luz brillemos con átomos?

Que la respuesta teórica a esta pregunta es "sí" es un hecho que cualquier estudiante de física puede probar fácilmente. De hecho, Tener un dispositivo de este tipo sería extremadamente útil:las vibraciones colectivas de los átomos podrían usarse, por ejemplo, para medir relojes atómicos ultraprecisos. Sin embargo, convertir la teoría en un dispositivo de funcionamiento real no es tan fácil como parece. Hasta aquí, Los láseres de átomos se han creado extrayendo un haz de átomos de un llamado condensado de Bose-Einstein, una nube de gas a muy baja temperatura en la que todos los átomos están en el mismo estado de onda cuántica. Sin embargo, poner los átomos en el mismo estado solo resuelve parte del problema. Para la mayoría de las aplicaciones de un láser atómico, necesitan trabajar continuamente. Por lo tanto, el verdadero desafío es llevar los átomos al mismo estado de onda lo suficientemente rápido, de modo que el láser del átomo tenga acceso a un suministro continuo de estas partículas coherentes.

La creación de un condensado de Bose-Einstein generalmente implica enfriar un gas en varias etapas durante decenas de segundos. Sin embargo, el rayo láser del átomo extraído dura solo mientras los átomos permanezcan en el condensado, típicamente un tiempo mucho más corto de solo fracciones de segundo. Después de esa fracción de segundo, se debe hacer un nuevo suministro, que de nuevo toma decenas de segundos, y así sucesivamente.

Schreck y su equipo, el postdoctorado Benjamin Pasquiou y los estudiantes de doctorado Shayne Bennetts y Chun-Chia Chen, ahora proponen lograr un suministro continuo separando las diferentes etapas de enfriamiento en el espacio en lugar del tiempo. Cada etapa tiene lugar en una ubicación diferente:los átomos se enfrían mediante láseres ordinarios mientras se dirigen al lugar donde se creará el rayo láser del átomo final. El equipo logra hacer esto haciendo un uso inteligente de las propiedades especiales del estroncio, un elemento con la estructura electrónica adecuada para ser enfriado lentamente, paso a paso, mientras está "en movimiento".

Usando sus métodos, Schreck y colaboradores ahora han logrado implementar las primeras etapas del enfriamiento continuo, conduciendo a la existencia permanente de una nube de gas mucho más fría y mucho más densa que en cualquier intento anterior. Además, demostraron que su esquema proporciona suficientes átomos fríos para ser compatible con la creación de un condensado de Bose Einstein que existe continuamente. El último paso es, por supuesto, hacer un láser de átomos utilizando este condensado permanente, un paso que, según Schreck, debería tener lugar durante el próximo año. Eso cumpliría su sueño:crear un láser atómico que nunca necesite detenerse para recargarse.