Crédito:Baum et al.
Investigadores del Centro Harvard-MIT para átomos ultrafríos han demostrado recientemente una trampa magnetoóptica (MOT) unidimensional (1-D) de monohidróxido de calcio de radicales libres polares (CaOH). Esta tecnica, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , se realizó enfriando CaOH usando técnicas de enfriamiento por láser radiativo.
“Las moléculas frías son sistemas maravillosamente complejos que pueden ser poderosas herramientas de medición que buscan nueva física más allá del modelo estándar o intrincados bloques de construcción para construir nuevos sistemas cuánticos y simular su comportamiento, "Louis Baum, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "A bajas temperaturas, somos capaces de manipular completamente incluso moléculas individuales, controlando cómo interactúan con el medio ambiente y entre ellos ".
Inspirado por el potencial de las moléculas frías para develar nuevos mecanismos físicos, los investigadores se propusieron investigar qué sucede cuando se aplican técnicas de enfriamiento a otros compuestos o especies químicas. Si bien existen varios enfoques para producir moléculas frías, Baum y sus colegas utilizaron enfriamiento láser directo, que ha demostrado ser particularmente eficaz durante la última década.
"A medida que crecía la capacidad de controlar las moléculas diatómicas, teníamos curiosidad por extender las mismas técnicas de enfriamiento por láser aplicadas a moléculas simples a más grandes, especies más químicamente diversas, "Baum dijo." Incluso pasando de una molécula diatómica a una molécula triatómica, como CaOH, aumenta sustancialmente la complejidad del sistema, pero también aporta nuevos e interesantes grados de libertad. Nuestra esperanza es utilizar estos nuevos grados de libertad para realizar una serie de emocionantes experimentos ".
Crédito:Baum et al.
En sus experimentos recientes, los investigadores pudieron demostrar una MOT 1-D al observar pequeños cambios en el ancho de un haz molecular, que correspondía a la temperatura transversal de las moléculas que utilizaban. Una MOT funciona esencialmente dispersando fotones repetidamente. Cada uno de estos fotones dispersos proporciona una pequeña patada de impulso a las moléculas confinadas dentro de la trampa.
"Con una cuidadosa combinación de campo magnético y luz láser polarizada, podemos controlar qué moléculas reciben estas patadas, "Baum explicó." El sistema proporciona tanto enfriamiento como atrapamiento cuando apuntamos a las moléculas más rápidas y las moléculas cercanas al exterior de la trampa. Sin embargo, en moléculas, la misma complejidad interna que los hace interesantes dificulta la dispersión de grandes cantidades de fotones ".
Hasta ahora, la dispersión de una gran cantidad de fotones a través de moléculas complejas ha demostrado ser un gran desafío. Esto se debe principalmente a que a medida que las moléculas dispersan un fotón, pueden decaer a un estado vibratorio excitado, que no es abordado por la luz láser. En última instancia, esto puede resultar en que las moléculas se pierdan dentro de una trampa.
La MOT 1-D realizada por Baum y sus colegas compensa este efecto indeseable. Así, los investigadores proporcionan uno de los primeros ejemplos concretos de cómo se pueden manipular las moléculas mediante la dispersión de varios cientos de fotones.
Crédito:Baum et al.
"Nuestro trabajo no es solo una prueba del principio de que las técnicas previamente desarrolladas se pueden aplicar en sistemas poliatómicos, pero también mostramos que hemos encontrado una clase de moléculas donde, a pesar de su complejidad interna, podemos esparcir más de 2, 000 fotones, "Baum dijo." Además, sabemos en qué estados vibracionales caen las moléculas, para que podamos recuperarlos ".
Con solo usar algunos láseres adicionales, Baum y sus colegas anticipan que su método debería permitir la dispersión de más de 10, 000 fotones. Esto significa que, en experimentos futuros, su enfoque también podría ampliarse para cubrir las tres dimensiones.
Hace aproximadamente una década, Los físicos consideraron impracticable el enfriamiento directo con láser de moléculas poliatómicas, si no del todo inviable. El estudio reciente llevado a cabo por este equipo de investigadores se suma al conjunto de pruebas que sugieren que, de hecho, es posible enfriar estas moléculas complejas.
"Esperamos que nuestra demostración y los avances venideros proporcionen una nueva plataforma experimental para explorar la frontera de la física y la química cuántica". ", Dijo Baum." Nuestro objetivo inmediato es extender nuestro resultado a una MOT 3-D de CaOH que servirá como punto de partida para experimentos futuros. Uno puede imaginar cargar moléculas individuales en pinzas ópticas y construir nuevas plataformas para la simulación o el cálculo cuántico ".
Crédito:Baum et al.
En sus próximos estudios, A Baum y sus colegas también les gustaría investigar los procesos de colisión fundamentales, en otras palabras, qué sucede a nivel cuántico cuando dos moléculas chocan, que todavía se entiende poco. Los estudios de colisión podrían, en última instancia, allanar el camino para el desarrollo de técnicas de enfriamiento evaporativo, lo que puede permitir un enfriamiento más extremo y potencialmente la creación de un gas cuántico degenerado de moléculas poliatómicas.
"También hemos completado recientemente algunos trabajos para extender el enfriamiento por láser a especies aún más grandes de monometóxido de calcio (CaOCH 3 ), que muestra que nuestras técnicas se pueden generalizar a moléculas con relevancia química o incluso biológica, "Dijo Baum.
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