Los procesos de transporte son de naturaleza ubicua, pero aún plantean muchas preguntas. El equipo de investigación alrededor de Florian Meinert del Quinto Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart ha desarrollado un nuevo método para observar una sola partícula cargada en su camino a través de una densa nube de átomos ultrafríos. Los resultados fueron publicados en Cartas de revisión física y se informa además en una columna de punto de vista en la revista Física .

El equipo de Meinert utilizó un condensado de Bose-Einstein (BEC) para sus experimentos. Este exótico estado de la materia consiste en una densa nube de átomos ultrafríos. Mediante una sofisticada excitación láser, los investigadores crearon un solo átomo de Rydberg dentro del gas. En este átomo gigante, el electrón está mil veces más lejos del núcleo que en el estado fundamental y, por lo tanto, está unido muy débilmente al núcleo. Con una secuencia especialmente diseñada de pulsos de campo eléctrico, los investigadores le arrebataron el electrón al átomo. El átomo anteriormente neutro se convirtió en un ion cargado positivamente que permaneció casi en reposo a pesar del proceso de desprendimiento del electrón.

En el siguiente paso, los investigadores utilizaron campos eléctricos precisos para tirar del ión de forma controlada a través de la densa nube de átomos en el BEC. El ion se aceleró en el campo eléctrico, chocó en su camino con otros átomos, desaceleró y fue acelerado nuevamente por el campo eléctrico. La interacción entre la aceleración y la desaceleración por colisiones condujo a un movimiento constante del ion a través del BEC.

"Este nuevo enfoque nos permite medir la movilidad de un solo ion en un condensado de Bose-Einstein por primera vez, "dice Thomas Dieterle, un doctorado estudiante que participó en el experimento. El próximo objetivo de los investigadores es observar colisiones entre un solo ion y átomos a temperaturas aún más bajas. donde la mecánica cuántica en lugar de la mecánica clásica dicta los procesos. "En el futuro, Nuestro sistema modelo recién creado, el transporte de un solo ion, permitirá una mejor comprensión de los procesos de transporte más complejos que son relevantes en los sistemas de muchos cuerpos. p.ej., en ciertos sólidos o en superconductores, ", Dice Meinert. Estas mediciones también son un paso importante en el camino para investigar cuasi-partículas exóticas, los llamados polarones, que puede surgir a través de la interacción entre átomos e iones.

El laboratorio vecino del instituto ya está trabajando en un microscopio de iones que permitirá a los investigadores observar colisiones entre átomos e iones directamente. Mientras que un microscopio electrónico utiliza partículas cargadas negativamente para crear una imagen, esto es lo que sucede en un microscopio de iones con iones cargados positivamente. Las lentes electrostáticas desvían los iones de forma similar a los rayos de luz en un microscopio óptico clásico.