Un equipo de físicos de la Universidad de Texas en Austin ha logrado detener casi totalmente “balas” de tamaño atómico que viajaban a una velocidad de 500 metros por segundo por el aire, informa la mencionada universidad en un comunicado. El experimento está descrito en la Physical Review Letters del 6 de marzo.
Para conseguir este resultado, los científicos construyeron una variable del cañón coilgun, también conocido como arma de Gauss, cañón Gauss o rifle Gauss. Se trata de un cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnéticamente un proyectil a gran velocidad. Lo que han hecho los físicos de Texas es construir un coilgun que funciona a la inversa, es decir, deteniendo proyectiles del tamaño de átomos y moléculas en plena trayectoria.
En su artículo, los investigadores explican que detuvieron el haz de átomos utilizando una serie de bobinas electromagnéticas pulsantes. Las bobinas electromagnéticas fueron encendidas siguiendo una secuencia temporal para llevar a los átomos a una inactividad casi total, en la que fueron captados en una placa.
Detener los átomos de cualquier elemento
El profesor de física de dicha universidad Mark Raizen, uno de los protagonistas del experimento, explica que el coilgun es un arma que acelera proyectiles magnéticos (no como las armas convencionales, que usan explosivos químicos para generar el gas caliente que propulsa los proyectiles) con una serie de cables enrollados o bobinas que generan un fuerte campo magnético.
En la realidad macroscópica, sólo unos pocos materiales del tamaño de las balas reales son magnéticos, es decir, pueden ser disparados con un coilgun. Pero, en el mundo interior de los átomos, casi todos los elementos que los componen son magnéticos, es decir, tienen un magnetismo bipolar. Alrededor del 90% de los elementos de la tabla periódica tienen esta característica, así como muchas moléculas.
El coilgum utilizado para detener los átomos consiste en 64 unidades hechas a mano y es impulsado por un condensador propio. Los investigadores atraparon partículas del aire, las almacenaron en una diminuta cámara y las lanzaron hacia el coilgum. Cuando una de las partículas alcanza el cañón magnético y se encuentra con las bobinas, cada campo magnético de dichas bobinas frena progresivamente la trayectoria de la partícula sin tocarla.
Así, gracias al coilgun, se consiguió detener los átomos y las moléculas que viajaban a 500 metros por segundo. Para Raizen, ésta es una solución muy simple para lograr detener los átomos.
Controlar el movimiento atómico
La investigación está enmarcada dentro del esfuerzo científico por controlar el movimiento atómico. Como los átomos y moléculas en un gas se mueven a miles de kilómetros por hora, los físicos han buscado, durante años, un modo de ralentizar su movimiento a unos cuantos kilómetros por hora para poder atraparlos y estudiarlos en profundidad.
Los trabajos relacionados con la ralentización y detención de los átomos han acaparado muchas de las investigaciones en física en las últimas décadas. En 1997, tres físicos ganaron el Premio Nóbel de Física por su contribución conjunta al enfriamiento láser.
Se trata de un método que utiliza la luz láser para enfriar los gases y mantener sus átomos flotando o capturarlos en una especie de «trampas para átomos», momento en que pueden ser estudiados. Esta fórmula, sin embargo, sólo sirve para un pequeño número de átomos.
Por el contrario, como a casi todos los elementos y a un amplio número de moléculas les afectan las fuerzas magnéticas, este coilgun atómico “inverso” tiene una aplicabilidad mucho más amplia que el sistema de enfriamiento láser, sostienen los científicos de Texas.
Descubrir al neutrino
Este descubrimiento podría ayudar a medir la masa de una de las partículas subatómicas más escurridizas y ubicuas del universo, el neutrino. Se sabe que los neutrinos tienen masa, pero aún no se conoce con exactitud su estructura, y se cree que podría ser aproximadamente unas 200.000 veces menor que la masa del electrón. Por otro lado, la interacción de los neutrinos con las demás partículas es mínima, por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.
A pesar de estas características, la masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de física de partículas (teoría que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia), ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos.
El objetivo final de este proyecto sería pesar los neutrinos, un proceso que consiste en capturar un átomo de tritio (que es un isótopo natural del hidrógeno de peso atómico 3), la forma más pesada del hidrógeno. Los científicos esperan pesar neutrinos lanzados fuera de este átomo a medida que éste se descompone.
Tal y como explican los científicos en el citado comunicado de la Universidad de Texas en Austin, este método facilitaría además el estudio detallado de las propiedades de los átomos y de las moléculas. Además de profundizar en el conocimiento del neutrino, el equipo de la Universidad de Texas planea utilizar también el coilgun para atrapar hidrógeno atómico, el átomo más sencillo y abundante de la tabla periódica.
Antecedentes
No es la primera vez que el equipo de la Universidad de Texas se refiere a este experimento. Tal como explicaba en octubre pasado la citada universidad en otro comunicado, los investigadores ya habían ideado un modo de frenar, detener y estudiar un rango mucho más amplio de átomos de lo que se había logrado hasta ahora, valiéndose de una nueva versión de un coilgun atómico.
Las anteriores experiencias se realizaron con átomos de neón con 18 amiantos en serie, pero según explicaban estos investigadores entonces, no tardarían en construir un dispositivo de 64 piezas, que es con el que han realizado el nuevo experimento, que permite detener un mayor número de átomos o de moléculas paramagnéticas.