Láser frío: cerca del cero absoluto Los investigadores utilizan un nuevo método inteligente para enfriar una membrana a temperaturas sorprendentemente bajas

Un equipo de investigadores dice que ha desarrollado una nueva técnica que les permite enfriar una pequeña membrana a temperaturas cercanas al cero absoluto, la temperatura teóricamente más baja posible, con nada más que luz láser.

Durante siglos, se entendió que la luz que se refleja en la superficie de los objetos produce una fuerza. Tales observaciones llevaron al astrónomo Johannes Kepler a concebir el concepto de velas solares que podrían dirigir futuros barcos de vela a través del espacio, como velas que atrapan vientos y propulsan barcos a través del océano.

Estas ideas ayudaron a los primeros astrónomos a comprender por qué los cometas siempre aparecían con sus colas apuntando en la dirección opuesta al sol. Hoy en día, los científicos están utilizando el poder de la luz de nuevas formas que permiten que los átomos y otras partículas disminuyan su velocidad y, por lo tanto, se enfríen.

Los resultados de esta tecnología podrían permitir aplicaciones nuevas e innovadoras que involucren sensores con una sensibilidad sin igual. Sin embargo, bajar la temperatura de las partículas a temperaturas extremas, como las cercanas al cero absoluto, no es una tarea sencilla y, por lo general, requiere una serie de equipos especializados.

Ingrese al profesor Philipp Treutlin de la Universidad de Basilea, junto con el Dr. Patrick Potts, cuyo equipo ha producido con éxito un nuevo proceso que permite que una membrana de película delgada se enfríe a temperaturas extremadamente frías, cerca de 273,15 grados Celsius, con nada más que luz láser. .

En el pasado, el profesor Treutlein trabajó junto a Theodor W. Hansch en su laboratorio en LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, trabajando inicialmente como estudiante de doctorado en el equipo de Jacob Reichel. Treutlein finalmente pasó a liderar un equipo propio, que realizó estudios con átomos muy fríos, principalmente en lo que se conoce como «chips de maíz», que consisten en microtrampas basadas en chips.

Con su estudio, Terutlein y su equipo pudieron demostrar un reloj atómico basado en un chip, así como un interferómetro atómico único, así como realizar algunos de los primeros experimentos relacionados con la medición cuántica con átomos entrelazados.

En 2010, Treutlein llegó a la Universidad de Basilea, donde creó un equipo que continuó investigando átomos muy fríos, así como mecánica óptica (que implica interacciones entre la radiación electromagnética y sistemas mecánicos relacionados con la presión de la radiación), así como sistemas cuánticos híbridos. .

La nueva técnica iniciada por el equipo de investigadores de Treutlein es novedosa porque el efecto de enfriamiento que han diseñado con éxito se puede lograr incluso sin necesidad de mediciones, y es importante en términos de las leyes de la mecánica cuántica porque medir cualquier componente en un sistema inevitablemente conducir a un cambio en su estado cuántico, lo que lleva a perturbaciones.

Aunque también se requiere la medición en cosas como un circuito de retroalimentación, los investigadores de la Universidad de Basilea pudieron encontrar una solución para esto al desarrollar lo que describen como un circuito de retroalimentación coherente, en el que la luz láser se usa para actuar no solo como un sensor, sino también como una especie de amortiguador que permitía que fueran enfriados por vibraciones térmicas en una micromembrana de nitrato de silicio.

«Nuestra plataforma consiste en un haz de luz que ejerce una fuerza sobre un oscilador de membrana nanomecánica», informó el equipo en un informe reciente. papel detallando sus experiencias. «Las vibraciones de la membrana generan una modulación de fase en la luz, que sirve como señal de lectura».

Al apuntar el láser a la membrana, la luz reflejada se introdujo en un cable de fibra óptica de 30 metros que permitió tiempos de retardo óptimos cercanos a los 100 ns, mientras que las vibraciones en la membrana produjeron cambios muy sutiles en las vibraciones de la luz reflejada.

A través de las oscilaciones, el equipo pudo obtener información que se utilizó con un retraso de tiempo para determinar la cantidad exacta de fuerza que se aplicaría a la membrana con la misma luz láser.

Maryse Ernzer, Ph.D. El estudiante y autor principal del nuevo artículo que describe los estudios del equipo, lo compara con «disminuir la velocidad del swing tocando el suelo brevemente con el pie en el momento adecuado».

Las temperaturas más bajas previstas se calcularon utilizando una descripción teórica basada en la nueva técnica, que los investigadores dicen que los resultados experimentales pudieron confirmar.

El investigador postdoctoral Dr. Manel Bosch Aguilera, también miembro del equipo, dijo en un comunicado que él y sus colegas habían enfriado con éxito la membrana a 480 microkelvins, que se aproxima a una milésima de grado del cero absoluto.

Con base en sus hallazgos, los investigadores esperan encontrar formas de mejorar su nueva técnica, permitiendo que los experimentos futuros con membranas se enfríen en estas condiciones a las temperaturas más bajas posibles que indicarían un estado mecánico cuántico de la membrana.

Una vez que se logre esto, los investigadores anticipan la capacidad de crear «estados estresados» en la membrana, condiciones que pueden ser útiles en la construcción de sensores con aplicaciones que incluyen microscopios de fuerza atómica capaces de observar superficies con resolución nanométrica.

el equipo papelControl de retroalimentación óptica coherente de un oscilador mecánico X revisión física.

Micah Hanks es el editor en jefe y cofundador de The Debrief. Se puede llegar por correo electrónico a [email protected]. Continuar trabajando en micahhanks.com Y en Twitter: @empleado.