El mundo de los átomos, típicamente caracterizado por el caos y el calor aleatorios, sufre una transformación notable cuando los átomos se enfrían drásticamente. A temperaturas justo por encima del cero absoluto, los átomos entran en un estado cuántico único conocido como condensado de Bose-Einstein (BEC), donde se comportan como una entidad única y coherente. La primera realización exitosa de un BEC fue en 1995, 70 años después de la predicción teórica de Albert Einstein y Satyendra Nath Bose.

Desde entonces, los investigadores han ido profundizando en las peculiares propiedades de estos gases ultrafríos para desentrañar misterios de la mecánica cuántica. Además, los gases atómicos ultrafríos, conocidos por su alto grado de controlabilidad, han servido como invaluables bancos de pruebas para la física cuántica de pocos y muchos cuerpos.

El cesio, en particular, ha sido fundamental a este respecto debido a su rico paisaje de resonancias Feshbach, que permite una sintonización precisa de las interacciones. Tradicionalmente, el cesio se ha condensado en su estado fundamental absoluto. Ahora, investigadores de la Universidad de Innsbruck, en colaboración con un equipo teórico de la Universidad de Durham, han logrado por primera vez la condensación de átomos de cesio en el estado mF=2 excitado por Zeeman, una configuración de estado no fundamental. /P>

"El logro de la condensación de Bose-Einstein depende de mantener una proporción favorable de colisiones buenas y malas. Las colisiones elásticas juegan un papel crucial en impulsar el proceso de evaporación y termalización, mientras que las colisiones inelásticas de dos cuerpos y la recombinación de tres cuerpos pueden disminuir la eficiencia de enfriamiento. , posiblemente hasta el punto de que no se pueda alcanzar el BEC", explica Milena Horvath, primera autora del estudio.

El equipo identificó dos regiones distintas del campo magnético donde es posible la condensación, con pérdidas insignificantes en dos cuerpos y pérdidas en tres cuerpos suficientemente suprimidas. "La condensación de átomos de cesio en esta configuración de estado no fundamental también ha revelado algunos mecanismos de pérdida de tres cuerpos interesantes e inesperados", afirma Horvath.

"El descubrimiento de mecanismos inesperados de pérdida de tres cuerpos resalta las complejidades de los sistemas de átomos ultrafríos y subraya la importancia de una experimentación detallada", añade el científico principal Hanns-Christoph Nägerl.

Este último logro se basa en dos décadas de progreso desde que se condensó cesio por primera vez en Innsbruck en 2003, lo que demuestra los avances continuos en este campo. "Este logro se suma a la rica historia de la investigación cuántica en Innsbruck", afirma Hanns-Christoph Nägerl.

"A medida que continuamos nuestro viaje, esperamos profundizar nuestra comprensión de la física cuántica de muchos cuerpos, como la física de impurezas y polarones, así como las transiciones de fase topológicas y las mezclas de gases cuánticos".

Más información: Milena Horvath et al, Condensación de Bose-Einstein de átomos de cesio en estado no fundamental, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47760-0

Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Innsbruck