Las mentiras que impulsaron la invención del pong

Ahora viene un informe sobre un gas cuántico, llamado condensado de Bose-Einstein, que los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts primero estiraron en una varilla delgada y luego giraron hasta que se rompió. El resultado fue una serie de vórtices hijos, cada uno de ellos un mini-yo de la forma madre.

La investigación, publicado en Naturaleza, fue realizado por un equipo de científicos afiliados a la MIT-Centro de Harvard para átomos ultrafríos y el MIT Laboratorio de Investigación de Electrónica.

Las nubes cuánticas giratorias, efectivamente tornados cuánticos, recuerdan fenómenos vistos en el mundo clásico a gran escala con el que estamos familiarizados. Un ejemplo sería el llamado Nubes de Kelvin-Helmholtz, que parecen imágenes de caricaturas serradas que se repiten periódicamente de olas en el océano.

Las nubes blancas que se extienden desde la parte superior izquierda hasta la derecha de una fotografía forman un patrón ondulado que se repite regularmente encima y detrás de un bloque de apartamentos.Estas nubes en forma de onda, vistas sobre un complejo de apartamentos en Denver, exhiben lo que se llama inestabilidad de Kelvin-Helmholtz.Rick Duffy/Wikipedia

la manera de hacer cuántico Sin embargo, los vórtices de nubes implican más equipos de laboratorio y menos cizalladura del viento atmosférico. “Comenzamos con un condensado de Bose-Einstein, 1 millón de átomos de sodio que comparten una y la misma función de onda de la mecánica cuántica”,…, dice Martín Zwierlein, profesor de física en el MIT.

El mismo mecanismo que confina el gas, un trampa atómica, compuesto por rayos láser, permite a los investigadores apretarlo y luego hacerlo girar como una hélice. “Sabemos en qué dirección estamos empujando y vemos que el gas se alarga”, dice. «Lo mismo le sucedería a una gota de agua si la hiciera girar de la misma manera: la gota se alargaría mientras gira».

Lo que ven en realidad es la sombra proyectada por los átomos de sodio a medida que emiten fluorescencia cuando se iluminan con luz láser, una técnica conocida como imágenes de absorción. Los fotogramas sucesivos de una película pueden capturarse con una cámara CCD bien colocada.

A una velocidad de rotación particular, el gas se descompone en pequeñas nubes. “Desarrolla estas divertidas ondulaciones, lo llamamos escamoso, luego se vuelve aún más extremo. Vemos cómo este gas se ‘cristaliza’ en una cadena de gotitas; en la última imagen hay ocho gotitas”.

¿Por qué conformarse con un cristal unidimensional cuando puedes optar por dos? Y, de hecho, los investigadores dicen que han hecho precisamente eso, en una investigación aún no publicada.

La teoría había predicho que un gas cuántico en rotación se rompería en gotas, es decir, uno podría inferir que esto sucedería a partir de trabajos teóricos anteriores. “Nosotros en el laboratorio no esperábamos esto, no estaba al tanto de el papel; acabamos de encontrarlo”, dice Zwierlein. “Nos tomó un tiempo resolverlo”.

La forma cristalina aparece claramente en una parte ampliada de una de las imágenes. Se pueden ver dos conexiones, o puentes, en el fluido cuántico, y en lugar del único gran agujero que verías en el agua, el fluido cuántico tiene todo un tren de vórtices cuantizados. En una parte ampliada de la imagen, los investigadores del MIT encontraron varios de estos pequeños patrones en forma de agujeros, encadenados entre sí de manera regular.

“Es similar a lo que sucede cuando las nubes se cruzan en el cielo”, dice. “Una nube originalmente homogénea comienza a formar dedos sucesivos en el Kelvin-Helmholtz patrón.»

Muy bonito, dices, pero seguramente no puede haber aplicación práctica. Por supuesto que puede; el universo es cuántico. La investigación en el MIT está financiada por DARPA, la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de Defensa, que espera usar un anillo de tornados cuánticos como sensores de rotación fabulosamente sensibles.

Hoy en día, si eres un submarino que yace bajo el mar, incomunicado, es posible que quieras usar un giroscopio de fibra óptica para detectar un ligero movimiento de rotación. La luz viaja tanto en un sentido como en el otro en la fibra, y si todo gira, deberías obtener un patrón de interferencia. Pero si usa átomos en lugar de luz, debería poder hacer mejor el trabajo, porque los átomos son mucho más lentos. Un sensor de tornado cuántico de este tipo también podría medir ligeros cambios en la rotación de la Tierra, tal vez para ver cómo el núcleo de la Tierra podría estar afectando las cosas.

Los investigadores del MIT han llegado muy lejos en la madriguera del conejo, pero no del todo. Se puede confirmar que esos tornados pequeños siguen siendo condensados ​​de Bose-Einstein porque incluso los más pequeños todavía tienen alrededor de 10 átomos cada uno. Si pudiera llegar a uno por vórtice, tendría el efecto Hall cuántico, que es un estado diferente de la materia. Y con dos átomos por vórtice, obtendrías un «Salón cuántico fraccionariofluido, con cada átomo «haciendo lo suyo, sin compartir una función de onda», dice Zwierlein.

El efecto Hall cuántico ahora se utiliza para definir la relación de la constante de Planck dividida por la carga del electrón al cuadrado (h/e2)—un número llamado por constante de Klitzing—que es tan básico como la física básica. Pero este efecto aún no se entiende completamente. La mayoría de los estudios se han centrado en el comportamiento de los electrones, y los investigadores del MIT están tratando de utilizar átomos de sodio como sustitutos, dice Zwierlein.

Entonces, aunque todavía no han llegado al fondo de la escala, hay mucho espacio para descubrir en el camino hacia el fondo. como feynman también podría haber dicho (algo así como).

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