En todos los días de la vida, la materia se comporta de una manera predecible, manera esperada. Si lanzas una pelota, asume que viajará en una dirección determinada y tendrá un retroceso predecible. Y lo que es más, las fuerzas ejercidas sobre un objeto no tendrían impacto en otro, objeto independiente.

Pero en la mecánica cuántica, la física de lo diminuto, las reglas son completamente diferentes. En uno, dos, y sistemas de tres partículas, las acciones que suceden en un lugar pueden influir fuertemente en los átomos lejanos. Los científicos aún no tienen una comprensión completa de esto, pero analizando el comportamiento de estos sistemas y otros más complejos, esperan encontrar ideas.

Investigadores de la Unidad de Sistemas Cuánticos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), junto a colaboradores de University College Dublin y Durham University, simulado uno de estos sistemas, que reveló estados cuánticos, formas en que las partículas se organizan en sistemas aislados, que eran inesperados. Sus resultados, publicado en Nueva Revista de Física , podría tener aplicaciones para tecnologías cuánticas.

"Si arrojas una piedra desde un barco, la piedra va en un sentido y el bote en el otro, "explicó el profesor Thomas Busch, quien lidera la Unidad. "En mecánica cuántica, podemos tener correlaciones mucho más fuertes a distancias mucho mayores. Es como si te pusieras un calcetín rojo y un calcetín verde, luego alguien en la Antártida, a quien nunca has conocido, tendría que hacer lo mismo. Y nuestro trabajo ha encontrado nuevos estados con estas correlaciones muy fuertes, que se puede controlar muy bien ".

Experimentando con dos átomos

Cuando los científicos investigan sistemas macroscópicos, tienden a mirar muchas partículas, digamos 1, 023. Porque hay tantos, no pueden seguir cada átomo y deben hacer suposiciones. Para evitar esto, los investigadores de este estudio utilizaron otra opción.

"Simulamos un sistema con solo dos átomos, "dijo el primer autor Ayaka Usui, un doctorado estudiante en la Unidad. "Esto proporcionó un componente básico del sistema más grande, pero podíamos controlarlo todo y ver exactamente lo que estaba sucediendo. Y, para controlar aún más este sistema, consideramos átomos superfríos ".

A temperatura ambiente, las partículas se mueven muy rápidamente. Cuanto más caliente hace cuanto más rápido se mueven. Al usar enfriamiento por láser, estos átomos pueden ralentizarse y enfriarse hasta que alcanzan una velocidad casi nula y, por lo tanto, están muy fríos. Esto hizo mucho más fácil para Ayaka y sus colegas describirlos en sus simulaciones.

En un sistema como este, lo más simple que pueden hacer las partículas es chocar entre sí. Esto los obliga a moverse y cambiar de dirección, pero las partículas también tienen algo llamado espín. El giro de una partícula apunta hacia arriba o hacia abajo e influye aún más en cómo se mueve, un efecto llamado acoplamiento giro-órbita. Cuando los investigadores simularon un sistema con dos átomos súper fríos que estaban acoplados en órbita de espín, estos nuevos estados, con sus muy fuertes correlaciones, fueron revelados.

"Tenemos los sistemas con dos partículas donde se obtienen estos estados y los que tienen 1, 023 donde no, "dijo el Dr. Thomás Fogarty, Becaria Postdoctoral en la Unidad. "En algún lugar de esta larga cadena de adición de partículas, estos nuevos estados desaparecen ".

Ingeniería de más conocimientos

"Junto con los nuevos estados, hemos descubierto las fórmulas que describen este sistema exactamente, "dijo Ayaka." Así que ahora, podemos diseñarlo ".

Al encontrar estas fórmulas, los investigadores tienen control sobre el sistema y ahora planean cambiar los parámetros para observar la dinámica del sistema.

"Vamos a dividir el sistema, entonces tenemos dos de ellos, ", dijo Ayaka." Podemos utilizar las fuertes correlaciones para ayudarnos a medir el sistema. Si encontramos un átomo en uno de los sistemas, sabemos que el otro también está en ese, sin medirlo, porque están estrechamente correlacionados ".

Aunque esta investigación solo se concentra en un pequeño aspecto de lo que puede hacer la mecánica cuántica, tiene numerosas aplicaciones, dijo el profesor Busch.

"Las tecnologías cuánticas necesitan estas correlaciones, ", explicó." Estos nuevos estados tienen las correlaciones no clásicas más fuertes que conocemos, y podemos diseñarlos. Con esta investigación, podríamos construir computadoras más potentes. Podríamos crear dispositivos de medición que midan pequeñas diferencias en la gravedad o los pulsos eléctricos en el cerebro. Hay tantas aplicaciones en las que trabajar ".