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Confirman que un efecto cuántico puede conseguir la invisibilidad

Confirman que un efecto cuántico puede conseguir la invisibilidad

Tres experimentos diferentes han confirmado que la invisibilidad se puede conseguir en determinadas condiciones debido a un efecto cuántico: hacinar átomos en un gas y enfriarlos considerablemente disipa la niebla y se vuelve transparente.

Tres experimentos físicos han comprobado por primera vez una suposición formulada por el físico austriaco Wolfgang Pauli en 1925. Según esta suposición, un gas se puede volver transparente repentinamente, si se dan ciertas condiciones.

La explicación es relativamente sencilla. El principio de exclusión de Pauli, una regla de la mecánica cuántica, establece que en determinadas condiciones los átomos no pueden adoptar el mismo estado cuántico, es decir, no pueden tener el mismo momento que otro átomo del mismo experimento.

No pueden porque los átomos que permanecen atrapados en condiciones de hacinamiento no tienen forma de cambiar de estado cuántico, debido a la estrechez espacial: están tan juntos que se llenan todos los estados cuánticos disponibles. Se convierten en una forma de materia llamada mar de Fermi, explica NewScientist.

Una de las consecuencias de este hacinamiento es que, cuando los átomos están estrechamente apretados unos contra otros, no solo no pueden cambiar de estado cuántico, sino que tampoco pueden dispersar la luz.

Por este motivo, si una densa nube de gas cuántico llena de átomos hacinados se enfría lo suficiente, se vuelve invisible: la niebla se disipa y podemos ver a través de ella.

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Triple comprobación

Esto es lo que han comprobado por primera vez tres equipos de científicos en experimentos paralelos, confirmando que Pauli tenía razón: la física cuántica pasa a primer plano en las nubes de átomos densos y ultrafríos.

En uno de estos experimentos, los físicos observaron el efecto de exclusión de Pauli en una nube de átomos de litio. A medida que se volvían más fríos y densos, los átomos dispersaban menos luz y se volvían progresivamente más tenues, explica el MIT en un comunicado.

Cuando bajaba la temperatura, los átomos de litio dispersaban un 37 por ciento menos de luz, lo que indica que se impidió que muchos átomos dispersaran la luz.

Los investigadores sospechan que, si pudieran apurar las condiciones aún más, hasta alcanzar el cero absoluto, la nube se volvería completamente invisible.

En el segundo experimento, los investigadores probaron con una nube de átomos de estroncio ultrafríos y comprobaron que, a temperaturas más bajas, estos átomos dispersan la mitad de la luz que a temperaturas más altas.

En el tercer experimento, los investigadores observaron y midieron una dispersión similar de la luz en una nube de átomos de potasio ultrafrío, así como un aumento correspondiente en la cantidad de luz que se transmitía a través de la nube.

Nuevo fenómeno en Física

Lo más importante de estos resultados, destacan los investigadores, es que muestra un nuevo fenómeno en la Física.

Este conocimiento fundamental puede usarse, por ejemplo, para desarrollar materiales con dispersión de luz suprimida, que valdrían para preservar datos en computadoras cuánticas, señalan los investigadores.

También sugiere nuevas formas de controlar la luz y los átomos. La dispersión de la luz está estrechamente relacionada con un proceso llamado emisión espontánea, en el que un átomo en un estado de alta energía decae a una energía más baja al emitir luz.

Los resultados obtenidos en estos experimentos sugieren que esta descomposición podría bloquearse deliberadamente, aumentando así la vida útil del estado energético.

Esta técnica podría ser útil para almacenar información cuántica durante un período de tiempo más prolongado de lo que normalmente es posible, por ejemplo, en una computadora cuántica, destaca ScienceNews.

Todo en un ejemplo

En resumen, y salvando lógicamente todas las distancias, podemos describir con un ejemplo lo que aportan estas investigaciones: si hacinamos a muchas personas en un local, es imposible que se muevan o que cambien de sitio.

Tampoco pueden reflejar la luz, porque no hay espacio material para que circule. Y cuando los cuerpos de esas personas no reflejan la luz, se vuelven invisibles. Siguen estando ahí, pero no los vemos (podemos atravesarlos con la mirada).

Comprobar que esto es realmente así en el mundo cuántico es un gran logro científico, porque ahora los investigadores pueden aprovechar a las personas del ejemplo para almacenar información por más tiempo (son como estatuas), y prolongarlas también en ese estado interesante el tiempo necesario para realizar las operaciones (cuánticas) que necesitamos. Incluso pueden repetir el experimento con otros grupos de personas y multiplicar así las aplicaciones tecnológicas.

Referencias

Pauli blocking of atom-light scattering. Christian Sanner et al. Science, 18 Nov 2021, Vol 374, Issue 6570, pp. 979-983. DOI: 10.1126/science.abh3483

Observation of Pauli blocking in light scattering from quantum degenerate fermions. Amita B. Deb et al. Science, 18 Nov 2021, Vol 374, Issue 6570, pp. 972-975. DOI: 10.1126/science.abh3470

Pauli blocking of light scattering in degenerate fermions. Yair Margalit et al. Science, 18 Nov 2021, Vol 374, Issue 6570, pp. 976-979. DOI: 10.1126/science.abi6153

Foto superior: nube de átomos fríos en expansión y en forma de anillo. (Crédito: E. Edwards / JQI)

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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