m cuántico 3 mil millones de veces más frío que el espacio interestelar

espacio

Editor del sitio web de Innovación Tecnológica – 02/09/2022

simulador cuántico

Un equipo de EE. UU. y Japón utilizó átomos aproximadamente 3 mil millones de veces más fríos que el espacio interestelar para abrir un portal a un reino inexplorado del magnetismo cuántico.

«A menos que una civilización alienígena esté haciendo experimentos como este en este momento, cada vez que este experimento se lleva a cabo en la Universidad de Kyoto, está produciendo los frmiones más fríos del Universo», dijo Kaden Hazzard, miembro del equipo.

Los frmiones son las partículas de la materia, como electrones, protones, quarks y neutrinos, a diferencia de los bsones, la familia de los fotones, glones, msons, etc.

El equipo mejoró una técnica bien conocida llamada enfriamiento por láser para enfriar los átomos del elemento iterbio a 1,2 nanokelvin, una milmillonésima de grado por encima del cero absoluto, la temperatura inalcanzable donde se detiene todo movimiento.

En esta técnica, los fotones del láser son absorbidos por los átomos, haciendo que alcancen un estado de mayor energía. Luego, los átomos emiten fotones y se descomponen espontáneamente a su estado inicial. Como esta interacción depende de la velocidad de los átomos, y como los fotones les dan impulso, repetir este ciclo de absorción-emisión muchas veces conduce al enfriamiento de los átomos.

Los mismos láseres también se utilizan para restringir el movimiento de los átomos, atrapándolos en trusses ópticos, canales de luz 1D, 2D o 3D, que pueden servir como simuladores cuánticos capaces de resolver problemas complejos más allá del alcance de las computadoras convencionales.

«La recompensa de volverse tan frío que la física realmente cambia. La física comienza a volverse más mecánica cuántica y te permite ver nuevos fenómenos», dijo Hazzard.

el modelo de hubbard

El objeto de tanto frío es estudiar el comportamiento magnético y superconductor de los materiales, especialmente aquellos en los que las interacciones entre electrones producen un comportamiento colectivo, un poco como las interacciones colectivas de los aficionados al fútbol hacen la famosa «ola» en los estadios.

El equipo usó trampas ópticas para simular un modelo de Hubbard (John Hubbard, 1931-1980), diseñado para capturar los ingredientes mínimos que definirán por qué los materiales sólidos se convierten en metales, aislantes, males o superconductores.

El modelo de Hubbard simulado en Kioto tiene una simetría especial conocida como SU(N), donde SU significa grupo de unidades especiales, una forma matemática de describir la simetría, y N denota los posibles estados de espín de las partículas en el modelo. Cuanto mayor sea el valor de N, mayor será la simetría del modelo y la complejidad de los comportamientos magnéticos que describe.

Los átomos de iterbio tienen seis posibles estados de espín, siendo este simulador el primero en revelar correlaciones magnéticas en un modelo Hubbard SU(6), que son imposibles de calcular incluso en las supercomputadoras más poderosas, lo que demuestra que los simuladores cuánticos merecen toda la atención. que se ha formado a su alrededor: el simulador ofrece a los físicos la oportunidad de aprender cómo funcionan estos complejos sistemas cuánticos observándolos en acción.

De ms a superconductores

Ensamblar un modelo SU(6) significa que el equipo tiene seis giros para manipular en cada átomo, lo que les permite crear manos casi «fundamentales», lo suficientemente simples como para estudiar sus detalles más íntimos.

Pero todo es tan complejo que la física todavía no tiene las herramientas para medir todas las correlaciones entre los átomos en el experimento, lo que significa que todavía no entienden lo que está pasando. Lo que resultó ser que los átomos no están ordenados ni en patrones aleatorios, sino en sistemas correlacionados, aunque aún no es posible aislar una de estas correlaciones individualmente. Pero eso es a lo que los físicos pretenden llegar.

«Estos sistemas son bastante exóticos y especiales, pero la esperanza es que al estudiarlos y comprenderlos, podamos identificar los ingredientes clave que deben estar presentes en los materiales reales», dijo Hazzard.

Y el premio por eso puede ser valioso, ya que algunos físicos creen que son correlaciones exóticas como estas las que ocurren en los superconductores, los materiales que conducen la electricidad sin resistencia.

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