Físicos crean partículas híbridas que son parte materia y parte luz  

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Cada tipo de átomo en el universo tiene una huella digital única: solo absorbe o emite luz a las energías particulares que coinciden con las órbitas permitidas de sus electrones. Esa huella digital permite a los científicos identificar un átomo donde sea que se encuentre. Un átomo de hidrógeno en el espacio exterior absorbe la luz en las mismas energías que uno en la Tierra.

Si bien los físicos han aprendido cómo los campos eléctricos y magnéticos pueden manipular esta huella digital, el número de características que la componen generalmente permanece constante.

En un trabajo publicado el 3 de julio en la revista Nature Letters, Físicos de la Universidad de Chicago han ideado una nueva forma altamente flexible de hacer que los fotones se comporten más como las partículas que componen la materia. Este es un avance que les permite a los científicos hacer que los fotones colisionen y crear partículas híbridas que son parte-átomo y parte-luz lo cual trae una amplia variedad de nuevos comportamientos.

Un paso en el camino para hacer que la materia salga de la luz es hacer que los paquetes individuales de luz, llamados fotones, interactúen entre sí como lo hace la materia. (Normalmente, los fotones avanzan a la velocidad de la luz y no reaccionan entre sí).

«Para hacer que los fotones colisionen entre sí, usamos los átomos como intermediarios», dijo el investigador postdoctoral Logan Clark, quien dirigió la investigación. «Pero nos encontramos con un problema porque los fotones solo interactúan con los átomos cuyos orbitales electrónicos están en energías muy particulares. Entonces preguntamos: ¿Qué pasaría si pudiéramos hacer copias de los orbitales a las energías que quisiéramos?»

Clark ya había desarrollado técnicas para manipular la materia cuántica agitándola, procedimiento llamado ingeniería de Floquet, como parte de su proyecto postdoctoral. El tipo correcto de sacudida produce naturalmente copias de estados cuánticos en múltiples energías a lo largo del camino. «Siempre vimos las copias como un efecto secundario en lugar de la meta», dijo, «pero esta vez, sacudimos electrones con la intención específica de hacer las copias».

Al variar la intensidad de un campo láser sintonizado con precisión a una resonancia atómica, el equipo pudo cambiar los orbitales de un electrón y al agitar los orbitales variando periódicamente esta intensidad se obtuvieron las copias que se estaban buscando.

Pero estos doppelgangers vienen con una captura importante: «Si bien el orbital atómico aparece con múltiples energías distintas, es importante tener en cuenta que estas copias en realidad están unidas como marionetas a las originales», explicó el investigador postdoctoral Nathan Schine, coautor en el estudio. «Cuando cualquiera de las copias se desplaza, el original y todas las demás copias cambian con él».

Al permitir que los fotones interactúen con estos átomos agitados, el equipo ha creado lo que llaman «polaritones de Floquet»: cuasi partículas que son parte luz y parte átomo y, a diferencia de los fotones regulares, interactúan entre sí con bastante fuerza. Estas interacciones son esenciales para hacer materia partiendo de la luz. Hacer polaritones con átomos sacudidos puede dar a los polaritones mucha más flexibilidad para moverse y chocar entre sí de nuevas maneras.

«Los polaritones de Floquet están llenos de sorpresas; aún seguimos entendiéndolos mejor», dijo Clark. «Sin embargo, nuestro próximo objetivo será utilizar estos fotones en colisión para crear fluidos de luz topológicos. Es un momento tremendamente emocionante».

Tener copias de un estado atómico en múltiples energías también ofrece posibilidades interesantes para la conversión de frecuencia óptica, una herramienta clave para crear métodos de comunicación cuántica seguros.

«Resulta que sacudir las cosas no solo es muy divertido, sino que puede llevar a una ciencia realmente fascinante», dijo Clark.

Fuente: Science Alert.


 

 

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1 comentario

  1. Si estos científicos logran crear materia o alguna partícula con masa a partir de la luz y no perder el átomo agitado, podrían usar esa masa creada para propulsar una nave aunque en la escala atómica, esa masa es nula casi comparada con la masa de la nave.

    Con el descubrimiento de hace 2 semanas del momento angular que provoca la luz en la materia, ya son 2 fenómenos nuevos descubiertos acerca de la luz. Espero con ansias más descubrimientos y los resultados de los experimentos.

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