LUZ HELADA ENTRA EN UNA NUEVA FASE

LUZ HELADA ENTRA EN UNA NUEVA FASE

EN PRIMER CONDENSADO BOSE-EINSTEIN DE FOTONES PUEDEN AYUDAR A CONSTRUIR
CÉLULAS SOLARES Y RAYOS LÁSER.

Zeeya Merali

Al obligar a las partículas de luz que se comportan como átomos, los científicos han creado una super-photon.GettyThe línea difusa frontera entre la luz y los átomos se ha desdibujado aún más. Los físicos cuánticos han creado el primer condensado Bose-Einstein utilizando fotones – una hazaña que hasta ahora se sospecha que sólo será posible para los átomos. La técnica podría ser usada para aumentar la eficiencia de células solares y rayos láser.

Condensados Bose-Einstein (BEC) es una fase cuántica de la materia extraña. Ellos se propusieron por primera vez en los años 1920 por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien razonó que si ciertos átomos se enfrían a una fracción del cero absoluto, los efectos cuánticos deben tomar el relevo. Como resultado, todos los átomos se comprimen en el mismo estado cuántico, por lo que “marcha en el paso”, actuando en conjunto como si fueran una especie de super-átomo, explica el físico cuántico Martin Weitz de la Universidad de Bonn en Alemania.

En 1995, dos grupos experimentales producidas en forma independiente los primeros ejemplos de BEC con rubidio y sodio atoms1, 2. En teoría, los físicos sabían que también debería ser posible para formar un BEC con partículas de luz, o fotones. Pero en la práctica, parecía casi imposible, ya que, a diferencia de los átomos, el número de fotones en un experimento no se conserva. Eso significa que cuando usted trata de enfriar los fotones que desaparecen de la experiencia, llegando a ser absorbida por los átomos circundantes en el aparato, dice Weitz. “Si usted trata de enfriar un foco de luz, y sale – la luz desaparece – y ese es el gran problema”, explica.

Trampas de luz
Ahora Weitz y sus colegas han encontrado una manera de conseguir la luz queda el tiempo suficiente para que un BEC de fotones que se cree – los detalles de la técnica se publican en la revista Nature today3. Para evitar que los fotones por lo general sin masa se escape, el equipo de los atrapados en una cavidad entre dos espejos curvos. Los espejos restringida la forma en que los fotones podían moverse y vibrar – forzando a que se comporten como si fueran átomos con una masa de cerca de diez mil millones de veces más pequeño que un átomo de rubidio.

“Es una pieza espectacular de la física, que elimina una distinción más entre los átomos y la luz.”
Wolfgang Ketterle
Massachusetts Institute of Technology, Cambridge
Para crear una norma BEC, los átomos por lo general deben chocar entre sí, para nivelar su temperatura. Pero los fotones, incluso aquellos con una ‘masa’ leve, interactuar demasiado débil para hacer esto. Así que el equipo agregó moléculas de colorante a la cavidad, las cuales absorben y re-emite los fotones, ayudándoles a alcanzar el equilibrio térmico. “La magia de la formación del BEC ocurre cuando la bomba de fotones cada vez más en la cavidad hasta que de pronto, nada más puede entrar en este equilibrio térmico, por lo que se condensan,” dice Weitz. Estos fotones extra someterse a una transición cuántica, cayendo en el mismo estado de energía baja y la formación de un BEC.

El equipo podría decir cuando la transición se había producido debido a que el pequeño número de fotones en el BEC formó un intenso haz de luz amarilla – como un láser – en el centro de la cavidad, rodeada por el “gas de fotones restantes normal. Para verificar que estaban viendo un BEC de la luz, los investigadores repitieron el experimento con diferentes números de fotones. En cada caso, una vez que la transición ha tenido lugar, midieron el espectro de la luz se escapa de la cavidad y encontraron que acertaron las predicciones teóricas para la correspondiente BEC.

Diferencia fundamental
Wolfgang Ketterle en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge – que ganó una parte de la Premio Nobel de Física 2001 por liderar uno de los grupos que primero genera un BEC con átomos – describe la obra como “una pieza espectacular de la física”, que elimina una más distinción entre átomos y luz. “Cuando doy conferencias sobre condensados Bose-Einstein, que a menudo se habla de por qué no se puede hacer uso de fotones, para resaltar esta diferencia fundamental entre los fotones y átomos – pero ahora, incluso esa diferencia se ha ido”, dice.

Matthias Weidemüller, un físico cuántico de la Universidad de Freiberg en Alemania, dice que la idea detrás del experimento es “verdaderamente ingeniosa”, mientras que, irónicamente, su realización es relativamente fácil. “En comparación con la condensación de Bose-Einstein con átomos ultra-fríos, el experimento actual es ridículamente simple”, dice.

La técnica podría algún día tener aplicaciones prácticas para recoger y enfocar la luz solar, dice Weidemüller. Considerando que un objetivo común puede concentrar la luz solar en células solares en un día claro, la técnica BEC tiene la ventaja de que también podría recoger la luz dispersa en todas direcciones en un día nublado, explica.

Photon BEC podría también proporcionar una forma alternativa de generación de rayos láser, dice Ketterle. “Es demasiado pronto para decir qué tan competitivos posibles aplicaciones podría ser, pero que deben ser exploradas”, agrega.

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