Investigadores del MIT-Harvard Center para átomos ultrafríos y del laboratorio de investigación de electrónica han propuesto un nuevo método para producir condensados ​​3-D Bose-Einstein utilizando únicamente enfriamiento por láser. En su estudio, presentado en Cartas de revisión física , demostraron la eficacia de su técnica en la producción de condensados ​​de Bose-Einstein, logrando temperaturas muy por debajo de la temperatura de retroceso efectiva.

En investigaciones de física anteriores, La condensación de Bose-Einstein (BEC) por enfriamiento directo con láser fue un meta aún muy difícil de alcanzar. Steven Chu lo intentó por primera vez, que ganó el premio Nobel de refrigeración por láser, y alrededor de 1995 por Mark Kasevich, que no tuvo éxito en ese momento. Otros grupos liderados por Carl Wieman y Eric Cornell, y por Wolfgang Ketterle, todos los premios Nobel de BEC, logró lograr BEC utilizando en su lugar enfriamiento por evaporación. Finalmente, la mayoría de los investigadores dejaron de intentar producir BEC utilizando solo enfriamiento por láser, hasta este nuevo e innovador estudio.

"Hace unos pocos años, Tenía una idea de cómo reducir el principal obstáculo al enfriamiento láser de átomos, la formación inducida por la luz de moléculas a partir de átomos, mediante el uso de frecuencias láser específicas, "Vladan Vuletić, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "En comparación con el enfriamiento por evaporación, el enfriamiento por láser tenía el potencial de ser más rápido y eficiente, resultando en restricciones reducidas para la configuración experimental. "

Los átomos de enfriamiento por láser implica colocar cuidadosamente un conjunto de láseres y ajustarlos para ralentizar el movimiento de los átomos pateándolos con fotones. Esta técnica se usa comúnmente para crear nubes frías de átomos, pero usarlo para crear muestras de átomos fríos con una densidad lo suficientemente alta para BEC había resultado hasta ahora muy desafiante. Una razón clave para esto es que la luz láser puede fotoasociar átomos vecinos en moléculas, que luego salen de la trampa del átomo.

“Descubrimos que podíamos reducir drásticamente las pérdidas de átomos eligiendo deliberadamente la energía del láser de bombeo para que no coincida con la cantidad de energía necesaria para formar moléculas, "Vuletić explicó." Combinado con una secuencia cuidadosamente optimizada del llamado enfriamiento Raman (demostrado por primera vez por Chu y Kasevich), esto nos permitió producir una nube fría de átomos con una densidad lo suficientemente alta como para crear un BEC de tamaño moderado en aproximadamente un segundo de enfriamiento ".

En su estudio, Vuletić y sus colegas atraparon átomos en una trampa de dipolo óptico cruzado y los enfriaron usando enfriamiento Raman, con luz de bombeo óptica de resonancia lejana para reducir la pérdida de átomos y el calentamiento. Esta técnica les permitió alcanzar temperaturas significativamente por debajo de la temperatura de retroceso efectiva (la escala de temperatura asociada con el momento de retroceso de un fotón), en una escala de tiempo que es de 10 a 50 veces más rápida que la escala de tiempo de evaporación típica.

"Una producción tan rápida de BEC ya está a la par con las mejores técnicas de evaporación, que fueron optimizados para la velocidad, destacando el potencial de la nueva técnica de enfriamiento por láser, ", Dijo Vuletić." Nuestro método de enfriamiento por láser debería ser aplicable a otras especies de átomos en el futuro, así como al enfriamiento de moléculas. Nuestro método más rápido produce una mejor relación señal-ruido, y permite nuevos experimentos para estudiar gases cuánticos que antes eran difíciles de realizar ".

El nuevo método introducido por Vuletić y sus colegas podría tener numerosas implicaciones para la investigación futura en física. Por ejemplo, podría permitir la producción rápida de gases degenerados cuánticos en una variedad de sistemas, incluidos los fermiones. En su trabajo actual, los investigadores están usando su sistema para estudiar gases cuánticos 1-D con interacciones atractivas, que teóricamente deberían colapsar pero en cambio son estabilizados por presión cuántica.

"En el futuro, nos gustaría aplicar la misma técnica a los átomos fermiónicos, "Vuletić dijo." Los átomos fermiónicos no se condensan, pero evitarnos el uno al otro, y en su lugar forman un gas de Fermi degenerado cuántico a bajas temperaturas. Estos sistemas se pueden utilizar para estudiar electrones (que también son fermiones) en sistemas de estado sólido, p.ej. para comprender la naturaleza del magnetismo y la superconductividad de alta temperatura ".

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