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Habemus MOT: el Instituto de Física logra su primera trampa magneto-óptica

Aleida Rueda
27/nov/2017

Lo lograron en su primer intento. El Laboratorio de Átomos Fríos y Óptica Cuántica anunció recientemente que logró atrapar su primera nube atómica de rubidio; se trata de la primera trampa magneto-óptica (MOT, por sus siglas en inglés) creada dentro del Instituto de Física.

El Laboratorio de Átomos Fríos y Óptica Cuántica (LAFriOC) forma parte del Laboratorio Nacional de Materia Cuántica: Materia Ultrafría e Información Cuántica (LANMAC). La sede principal de este laboratorio está constituida por dos espacios dentro del IF cuya construcción inició en 2014 gracias a las gestiones de la investigadora del IF Rocío Jáuregui.

En febrero de 2016, el grupo de investigación pudo ingresar al nuevo espacio donde hoy, además de generar a discreción muestras de átomos fríos se llevan a cabo otros procesos que permitirán, en un corto plazo, realizar investigación de física básica y tecnología asociada con el control de correlaciones clásicas y cuánticas en sistemas de materia y luz.

“Estamos muy contentos, es un paso importante y necesario para poder empezar a hacer investigación y usar los átomos fríos como un medio para crear luz cuántica y poder llevar a cabo procesos que serían imposibles con luz láser convencional”, dice el investigador Daniel Sahagún, quien está a cargo del proyecto.

El equipo generará luz con correlaciones cuánticas induciendo el proceso no lineal mezclado de cuatro ondas. “Metemos dos haces de luz que excitan dos transiciones distintas y después, bajo ciertas condiciones, decaen por otros estados y producen luz a frecuencias distintas a las originales. La porción de esa luz que cumple con ciertas condiciones geométricas va a estar correlacionada cuánticamente”, explica Sahagún.



Foto: Facilitada por D. Sahagún.

El equipo del LAFriOC planea producir ese tipo de luz cuántica a partir de átomos fríos. De acuerdo con Sahagún, la ventaja de hacer mezclado de ondas con átomos fríos es que no hay ruido térmico y es relativamente sencillo ver pares de fotones. Lo que buscan con una trampa de átomos fríos es, básicamente, jugar con la luz que induce el mezclado de cuatro ondas libremente y probar leyes de conservación del momento que dependen del ángulo, cosa que no se puede hacer cuando no están fríos.

De lograrlo sería la primera vez que investigadores mexicanos producen luz con propiedades cuánticas a partir de un mezclado de cuatro ondas con átomos fríos. Además de un par que hay en Asia, en realidad “hay pocas trampas magneto-ópticas en el mundo que tengan este objetivo”, dice Sahagún a Noticias IFUNAM.

Antes del mezclado de cuatro ondas con átomos fríos, el reto para los investigadores fue desarrollar la MOT y preparar la luz necesaria a través de arreglos de espectroscopia: por un lado, los haces que inducirán el mezclado de cuatro ondas y, por otro, los seis haces encargados de atrapar los átomos de rubidio. Además de eso, crearon la infraestructura necesaria para trabajar específicamente con átomos fríos: construir un sistema de ultra alto vacío, producir y alinear bobinas, llevar la luz de un lugar a otro con fibra óptica, entre otros requerimientos.

Y entonces, hace unas semanas, hicieron el primer intento. Inyectaron un gas caliente de rubidio atómico en la cámara de vacío, encendieron los láseres y el campo magnético, y de pronto, ahí estaba: la primera nube de átomos de rubidio atrapada por haces de luz bien controlados.

El equipo, constituido por: Yaneth Torres, investigadora postdoctoral; Adrián Vallejo y Jorge Acosta, estudiantes de maestría; y Diego Martínez, Irvin Ángeles, Luis Mendoza, Yves Villegas y Diego Sierra, estudiantes de licenciatura, lo logró en ese primer intento. “Lo hicieron muy bien, siguieron el procedimiento perfectamente y funcionó. No lo podían creer”, dice Sahagún.

A pesar del éxito, aún falta mucho por hacer. “Ahora tenemos que montar toda la óptica para mandar los haces que van a inducir el mezclado de cuatro ondas y también para detectar los fotones gemelos, estudiar y dominar sus correlaciones cuánticas para poder diseñar el tipo de correlaciones que queramos usar en el futuro”, dice.

A largo plazo, la meta del equipo liderado por Daniel Sahagún es lograr que los fotones gemelos interactúen con átomos de nuevo, lo que podría propiciar correlaciones cuánticas, ahora, entre los átomos. “Queremos crear luz con propiedades que la luz normal no tiene, así podremos aprovechar sus propiedades cuánticas para desarrollar nuevas técnicas de espectroscopía, por ejemplo”, concluye.