Magnetismo sintético inducido por láser

Por primera vez los físicos han sido capaces de crear “magnetismo sintético”. Esta extraña condición, a la que se llega gracias al uso de la luz láser, provoca que los átomos se comporten exactamente como si fuesen partículas cargadas que se encuentran en el seno de un campo magnético, aún cuando no poseen carga ni existe un campo de esas características. Lejos de ser una curiosidad de laboratorio, este experimento proporcionará nuevas formas de estudiar la naturaleza de algunos estados particulares de la materia.

Existen una gran cantidad de fenómenos  -casi siempre relacionados con el mundo de las partículas subatómicas o la física cuántica– que resultan de interés para los físicos. La forma en que interactúan dos electrones contenidos en dos dimensiones dentro de un campo magnético, por ejemplo, es difícil de investigar utilizando materiales convencionales como los semiconductores. No sólo es difícil controlar las numerosas variables implicadas, sino que las muestras utilizadas suelen tener defectos o irregularidades que poco ayudan a la hora de llegar a un resultado confiable.  Sin embargo, este tipo de investigación es importante. No solo para la física básica, sino para el desarrollo de nuevos dispositivos útiles para la informática cuántica y la ciencia de la información. El “magnetismo sintético”, inducido mediante el uso de luz láser, proporciona a los científicos una manera nueva de modelar y analizar los sistemas cuánticos manteniendo el control absoluto de todos los parámetros implicados.

“La creación de campos magnéticos sintéticos para átomos neutros permite diseñar experimentos que hasta hoy eran imposibles”, dice Ian Spielman, líder del grupo de investigación del Joint Quantum Institute  y físico del National Institute of Standards and Technology (NIST).  Spielman es el especialista que firma el artículo sobre este tema que aparece publicado en el último número de la revista Nature. Los científicos utilizaron en su experimento un grupo de átomos de rubidio-87, que fueron “desacelerados” por el método Zeeman y luego encerrarlos en una trampa magneto-óptica. Estos átomos se sometieron además a un enfriamiento por evaporación hasta llegar a una temperatura apenas por encima del cero absoluto (sólo 100 nano Kelvin). En estas condiciones de baja energía, los átomos forman los que los físicos denominan un “condensado Bose-Einstein (BEC)”. Este es un muy extraño estado de la materia en la que la mayoría de los átomos de un grupo ocupan el mismo estado cuántico de energía, comportándose como si fuesen un único "súper átomo".

Luego, se aplicó un pequeño (y variable) campo magnético de forma perpendicular al BEC, produciendo un gradiente que afectó a los átomos de forma diferente dependiendo de su posición a lo largo de un eje de la trampa magneto-óptica. Luego, dos rayos láser con una longitud de onda de  801,7 nm (infrarrojo cercano), orientados en ángulos de 90 grados uno del otro, se enfocaron sobre los átomos. Como resultado de la interacción entre el campo magnético y los haces láser, se alteraron las propiedades de los átomos de diferente forma, dependiendo de su ubicación espacial dentro de la trampa. Como resultado de todo este galimatías que solo los físicos disfrutan, los átomos ubicados en algunos puntos específicos comenzaron a moverse de una forma que había sido predicha por Spielman a principios de este año: tal como lo haría una partícula cargada que gira en un campo magnético.

Este experimento, dice Spielman, “tendrá un impacto sustancial en diversos campos de la investigación cuántica, especialmente en lo que respecta al comportamiento de los electrones confinados en diferentes geometrías, como ocurre en los materiales reales.” Quién sabe, quizás tu próximo ordenador o juguete sexual funcione gracias a los principios descubiertos por Spielman.