Aitor 🐝 Díez Fernández en Científicos e Investigadores, Oficios y profesiones, Biologia, Ciencia e Investigación Delegado Comercial • Osteógenos 25/9/2016 · 4 min de lectura · +500

POR PRIMERA VEZ SE OBSERVAN INTERACCIONES ENTRE ÁTOMOS.


Desde hace años hemos soñado con los superconductores a temperatura ambiente, materiales que no generan resistencia al paso de los electrones a través de ellos (ya los hay a temperaturas bajas, pero no aún en condiciones normales); estas observaciones realizada en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y publicada la semana pasada, podría dar un paso más cerca a este logro tecnológico.


Actualmente, si se encerrara un gas y se intentarán analizar sus átomos, se observarían poco menos que sombras y si a eso le aunamos que a temperatura ambiente los átomos se desplazan a una velocidad enorme, el captarlos se puede pensar como simplemente imposible. Sin embargo, si estos átomos son enfriados hasta temperaturas ultra bajas, su velocidad disminuye mucho, entonces hay oportunidades para estudiar cómo pueden formar estados exóticos de la materia, como los superfluidos, los superconductores y los imanes cuántico.


Los físicos del MIT ahora se han enfriado un gas de átomos de potasio a varios nanokelvins – sólo un cabello por encima del cero absoluto – y atrapados los átomos dentro de una lámina bidimensional (bidimensional es una manera de decir muy delgada, aproximadamente 1 átomo de grosor) de una red óptica creada por entrecruzando los láseres. Utilizando un microscopio de alta resolución, los investigadores tomaron imágenes de los átomos enfriados que se encontraban en la red.


POR PRIMERA VEZ SE OBSERVAN INTERACCIONES ENTRE ÁTOMOS.

Fig.1 “Aprender de este modelo, podemos entender lo que realmente está pasando en estos superconductores, y lo que uno debe hacer para superconductores de alta temperatura, acercándose con suerte la temperatura ambiente,” dice Martin Zwierlein, profesor de física e investigador principal en el Laboratorio de Investigación del MIT de Electrónica. Ilustración: Sampson Wilcox


Al observar las correlaciones entre las posiciones de los átomos en cientos de este tipo de imágenes, el equipo observó que átomos individuales interactúan en algunas formas bastante peculiares, en función de su posición en la red. Algunos átomos mostraron un comportamiento “antisocial” y se mantuvieron alejados unos de otros, mientras que algunos se sitúan juntos con la alternancia de orientaciones magnéticas. Otros parecían aprovecharse unos de otros, creando pares de átomos, lado de espacios vacíos, o agujeros.


 POR PRIMERA VEZ SE OBSERVAN INTERACCIONES ENTRE ÁTOMOS.

Fig. 2 Superconductor magnético de baja temperatura
Vía: Imgur.com


El equipo cree que estas correlaciones espaciales pueden mostrar señales sobre los orígenes del comportamiento superconductor. Los superconductores son materiales interesantes, en los cuales los electrones se emparejan y viajan sin fricción, lo que significa que no se pierde energía en el viaje. Si un superconductores pueden ser diseñados de existir a temperatura ambiente, que podría iniciar una nueva era, increíblemente eficiente para cualquier cosa que se basa en la energía eléctrica.


En el post publicado el pasado 15 de septiembre comenta Martin Zwierlein, profesor de física e investigador principal en el Centro NSF del MIT para ultrafríos átomos y del Laboratorio de Investigación de Electrónica:
“Aprendiendo de este modelo atómico, podemos entender lo que realmente está pasando en estos superconductores, y lo que hay que hacer para generar superconductores a mayor temperatura, aproximándose a la temperatura ambiente, es cuestión de esperar,” dice Zwierlein.


Zwierlein y los resultados de sus colegas aparecen en la edición del 16 de septiembre de la revista Science. Los co-autores incluyen los experimentadores del Centro Harvard-MIT para ultrafríos Átomos, Laboratorio de Investigación Electrónica del MIT, y dos grupos teóricos de San Jose State University, Universidad del Estado de Ohio, la Universidad de Río de Janeiro, y la Universidad Estatal de Pensilvania.


Una gran ambición teórica que se tiene es la de “los átomos como sustitutos de los electrones”. Hoy en día, es imposible modelar el comportamiento de los superconductores de alta temperatura, incluso con el uso de los ordenadores más potentes del mundo, las interacciones entre los electrones son muy fuertes para interpretarse. Zwierlein y su equipo buscaron, en lugar de diseñar un “simulador cuántico”, utilizar átomos en un gas como sustitutos para los electrones en un sólido superconductor.


 


 POR PRIMERA VEZ SE OBSERVAN INTERACCIONES ENTRE ÁTOMOS.Fig. 3 Wolfgang Pauli Fotografía: W Dieckvoss, Hamburg. November 1955. Vía: CERN Document Server


El grupo basa su razón de ser en varias líneas históricas de razonamiento: En primer lugar, en 1925, el físico austriaco Wolfgang Pauli formuló lo que ahora se llama el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado cuántico – como el giro o la posición – al mismo tiempo. Pauli también postuló que los electrones mantienen una cierta esfera del espacio personal, conocido como el “agujero Pauli.”


Su teoría resultó explicar la tabla periódica de los elementos: Diferentes configuraciones de electrones dan lugar a elementos específicos, por lo que átomos de carbono, por ejemplo, son distintos átomos que los del hidrógeno.


El físico italiano Enrico Fermi pronto se dio cuenta de que este mismo principio podría aplicarse no sólo a los electrones, sino también a los átomos en un gas: El grado en el que los átomos les gusta mantenerse a sí mismos pueden definir las propiedades, tales como compresión, de un gas. “También se dio cuenta estos gases a bajas temperaturas se comportaron de manera peculiar,” dice Zwierlein.


El físico británico John Hubbard, incorpora el principio de Pauli en una teoría que ahora se conoce como el modelo de Fermi-Hubbard, que es el modelo más simple de interactuar átomos, saltando a través de una celosía. Hoy en día, se cree que el modelo para explicar los fundamentos de la superconductividad. Y mientras que los teóricos han sido capaces de utilizar el modelo para calcular el comportamiento de superconductor de electrones, sólo han sido capaces de hacerlo en situaciones en las que los electrones interaccionan débilmente entre sí.


POR PRIMERA VEZ SE OBSERVAN INTERACCIONES ENTRE ÁTOMOS.

Fig. 4 Representación de una celosía de átomos de
carbono en grafeno. Vía: bitnavegante


El equipo de Zwierlein intenta diseñar un experimento para realizar el modelo de Fermi-Hubbard con los átomos, con la esperanza de ver el comportamiento de los átomos ultra-fríos sea análoga a la de los electrones en los superconductores de alta temperatura.


El grupo había previamente diseñado un protocolo experimental para enfriar primero un gas de átomos a cerca del cero absoluto, entonces atraparlos en un plano de dos dimensiones de un enrejado generado por láser. A estas temperaturas ultra frías, los átomos se desaceleró lo suficiente para que los investigadores para capturar en imágenes por primera vez, en su interacción a través de la celosía.


En conclusión, Zwierlein dice que los experimentos del equipo en los gases pueden ayudar a los científicos a identificar las condiciones ideales para la superconductividad en los sólidos.”Para nosotros, estos efectos se producen a nanokelvin porque estamos trabajando con gases atómicos diluidos. Si usted tiene un pedazo de la materia densa, estos mismos efectos pueden también ocurrir a temperatura ambiente “.


En la actualidad, el equipo ha sido capaz de alcanzar temperaturas ultra frías en los gases que son equivalentes a cientos de grados Kelvin en sólidos. Para inducir la superconductividad, Zwierlein dice que el grupo tendrá que enfriar sus gases por otro factor de cinco o menos.


“No hemos jugado todos nuestros trucos todavía, así que creo que podemos hacer más frío” comentó Zwierlein.
No cabe duda que las imágenes de trenes de levitación magnética por superconductores, así como dispositivos con una eficiencia ampliamente superior a la que conocemos están a la vuelta de la esquina, y con investigaciones como esta, se deja en claro que descubrimientos, aún hay muchos por hacerse, y en ello se trabaja.


 


 
Fuentes bibliográficas:


-Jennifer Chu, MIT News Office, Septiembre 15, 2016.


-Jee Woo Park, Sebastian A. Will, and Martin W. Zwierlein
Phys. Rev. Lett. 114.205302 (2015)


-http://noticiasdelaciencia.com/not/21125/captando-los-movimientos-mas-intimos-de-los-atomos/ 


-https://quimica-urjc-biologia.wikispaces.com/file/view/superconductores+(wiki)l.doc

http://masscience.com/2016/09/23/por-primera-vez-se-observan-interacciones-entre-atomos/