Silvia Musolino defendió su Ph.D. sobre nuevos conocimientos teóricos en física cuántica mediante el estudio de gases a las temperaturas más bajas que constan de muchos átomos.

Una forma práctica de estudiar la mecánica cuántica la proporcionan los gases que tienen una densidad extremadamente baja y están formados por muchos átomos, a menudo más de cien mil, enfriado a temperaturas cercanas al cero absoluto. Silvia Musolino estudió diferentes tipos de interacciones entre estos átomos, proporcionando nuevas vías para la investigación futura sobre nuevas tecnologías, como las computadoras cuánticas.

Las leyes de la mecánica cuántica gobiernan la física a escala atómica y se distingue por la mecánica clásica, que se ocupa principalmente de los fenómenos naturales que podemos ver, escuchar, o tocar. Sin embargo, incluso la mecánica cuántica influye en nuestra vida diaria. Transistores que son componentes cruciales de los dispositivos electrónicos, se basan en efectos de la mecánica cuántica. Es más, La mecánica cuántica allana el camino para nuevas tecnologías que pueden tener un fuerte impacto en nuestras vidas. como las computadoras cuánticas.

Los átomos se mueven todos juntos

En gases con densidad extremadamente baja, mucho más bajo que la densidad del aire, los átomos apenas pueden verse entre sí. El comportamiento de estos sistemas depende solo de unos pocos parámetros, por ejemplo densidad y temperatura. Esto permite construir modelos teóricos muy generales capaces de describir muchos y muy diferentes sistemas.

En la mecánica cuántica, los átomos se comportan como ondas con una escala de longitud característica, llamada longitud de onda térmica. A bajas temperaturas, esta escala se vuelve más grande que el espacio entre dos átomos, y así las ondas asociadas con los átomos se pueden sumar juntas dando lugar a fenómenos colectivos, como la condensación de Bose-Einstein.

Cuando los átomos experimentan la condensación de Bose-Einstein, comienzan a moverse todos juntos en la misma dirección y, aunque sean muchos, se comportan como una sola entidad. Durante su proyecto de tesis, Musolino analizó este fenómeno utilizando la función de correlación de un cuerpo, que cuantifica la conexión mutua de los átomos dentro del condensado de Bose-Einstein.

Formación de composites

Es más, estudió otros tipos de correlaciones considerando las interacciones entre átomos. Las interacciones se caracterizan por un parámetro llamado longitud de dispersión, que se puede interpretar como la distancia del átomo en la que las interacciones funcionan efectivamente. Las interacciones fuertes significan que la longitud de dispersión es mucho mayor que el espacio entre los átomos. En particular, Musolino consideró interacciones fuertes inducidas por un cambio rápido de la duración de la dispersión en el tiempo; esto hace que las correlaciones dependan del tiempo y desequilibra el sistema.

Un átomo es un bosón si el número de neutrones en el núcleo es par, de lo contrario, es un fermión. A los átomos bosónicos les gusta estar juntos, lo que significa que pueden ocupar el mismo estado; en lugar de, Los fermiones son 'menos sociales' y dos fermiones pueden ocupar el mismo estado solo si tienen dos giros diferentes, que es una propiedad intrínseca de la partícula.

Dado que la formación de compuestos depende del tipo de átomos, Musolino desarrolló un marco teórico general capaz de rastrear la dinámica de las correlaciones de pocos cuerpos en un sistema compuesto por muchos átomos y aplicó este método a los gases bosónicos y fermiónicos.

En este modelo, también incluyó funciones experimentales, como la presencia de una trampa de contenedores, lo que hace que los átomos no sean del todo libres para moverse, e hizo numerosas comparaciones con datos experimentales existentes, un hallazgo importante. Dentro de su teoría, mostró cómo la presencia de compuestos cambia la dinámica de todo el sistema de muchos cuerpos, proporcionando nuevas vías para la investigación futura.