¿Qué hay dentro de un átomo entre el núcleo y el electrón? Normalmente no hay nada pero ¿por qué no podría haber otras partículas también? Si el electrón orbita el núcleo a una gran distancia, hay mucho espacio en el medio para otros átomos. Se podría crear un "átomo gigante", lleno de átomos ordinarios. Todos estos átomos forman un enlace débil, creando un nuevo, estado exótico de la materia a bajas temperaturas, referido como polarones de Rydberg.

Un equipo de investigadores ha presentado ahora este estado de la cuestión en la revista. Cartas de revisión física . El trabajo teórico se realizó en TU Wien (Viena) y la Universidad de Harvard, el experimento se realizó en la Rice University de Houston (Texas).

Dos campos especiales de la física atómica, que solo se puede estudiar en condiciones extremas, En este proyecto de investigación se han combinado:condensados ​​de Bose-Einstein y átomos de Rydberg. Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia creado por átomos a temperaturas ultrafrías, cerca del cero absoluto. Los átomos de Rydberg son aquellos en los que un solo electrón se eleva a un estado muy excitado y orbita el núcleo a una distancia muy grande.

"La distancia promedio entre el electrón y su núcleo puede ser tan grande como varios cientos de nanómetros, es decir, más de mil veces el radio de un átomo de hidrógeno, "dice el profesor Joachim Burgdörfer. Junto con el profesor Shuhei Yoshida (ambos TU Wien, Viena), ha estado estudiando las propiedades de tales átomos de Rydberg durante años.

Primero, Se creó un condensado de Bose-Einstein con átomos de estroncio. Usando un láser, la energía se transfirió a uno de estos átomos, convirtiéndolo en un átomo de Rydberg con un radio atómico enorme. El radio de la órbita en la que el electrón se mueve alrededor del núcleo es mucho mayor que la distancia típica entre dos átomos en el condensado. Por lo tanto, el electrón orbita su propio núcleo atómico, mientras que muchos otros átomos se encuentran dentro de su órbita, también. Dependiendo del radio del átomo de Rydberg y la densidad del condensado de Bose-Einstein, La enorme órbita electrónica puede contener hasta 170 átomos de estroncio adicionales.

Estos átomos tienen una influencia mínima en la trayectoria del electrón de Rydberg. "Los átomos no llevan carga eléctrica, por lo tanto, solo ejercen una fuerza mínima sobre el electrón, "dice Shuhei Yoshida. Pero en un grado muy pequeño, el electrón todavía está influenciado por la presencia de átomos neutros a lo largo de su trayectoria. Está disperso en los átomos neutros, pero solo muy levemente, sin salir jamás de su órbita. La física cuántica de los electrones lentos permite este tipo de dispersión, que no transfiere el electrón a un estado diferente.

Como muestran las simulaciones por computadora, este tipo de interacción comparativamente débil disminuye la energía total del sistema, y se crea un enlace entre el átomo de Rydberg y los otros átomos dentro de la órbita electrónica. "Es una situación muy inusual, "dice Shuhei Yoshida." Normalmente, estamos tratando con núcleos cargados que unen electrones a su alrededor. Aquí, tenemos un electrón que se une a átomos neutros ".

Este enlace es mucho más débil que el enlace entre átomos en un cristal. Por lo tanto, este exótico estado de la materia, llamados polarones de Rydberg, solo se puede detectar a temperaturas muy bajas. Si las partículas se movieran más rápido, el vínculo se rompería. "Para nosotros, esta nueva, estado débilmente ligado de la materia es una nueva y emocionante posibilidad de investigar la física de los átomos ultrafríos, ", dice Joachim Burgdörfer." De esa manera, se pueden probar las propiedades de un condensado de Bose-Einstein en escalas muy pequeñas con una precisión muy alta ".