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Los beneficios de regular el desorden en un BEC

Aleida Rueda
20/jun/2013

El condesado de Bose Einstein (BEC) es probablemente uno de los estados de la materia que menos se conoce y quizás por eso sea también el más seductor para muchos físicos.

Se trata, básicamente, del estado de agregación de la materia que existe a muy bajas temperaturas (bajísimas, de hecho, e inexistentes en el mundo visible, siendo ultrafríos) cuya característica principal es que sus átomos, al estar en un nivel mínimo de energía (lo que les da el nombre de condensado), se colocan en un mismo estado energético.

Comparado con otro tipo de material, el condensado de Bose-Einstein ofrece ventajas importantes para los investigadores curiosos. Mientras que en un material real (desde una hoja de papel o un tubo de fierro) el desorden y la interacción de los átomos que lo componen son inevitables e imposibles de regular, con átomos ultra-fríos en una red óptica esta regulación es posible.

Esta ventaja ha propiciado la aparición de nuevas líneas de investigación que intentan regular diversos aspectos de los gases ultrafríos para entender cómo se comportan sus átomos, para luego hacer comparaciones con los materiales reales y entender mecanismos fundamentales en su comportamiento de origen cuántico.

Ese es el caso del más reciente artículo de Santiago Caballero-Benítez, investigador posdoctoral del IFUNAM, y Rosario Paredes, investigadora del mismo, publicado en la revista Physical Review A. En él, los autores describen la forma en que los átomos de un BEC en una red óptica pasan (o se transfieren) de un estado cuántico a otro y qué factores pueden afectar dicha transferencia.

“En nuestro trabajo consideramos la interacción de cuatro diferentes aspectos que pueden estudiarse con los átomos ultra-fríos: el tipo de trampa en donde están confinados los átomos; la rapidez en la transferencia; la interacción de los átomos; y el efecto del desorden (o ruido)”, explica Caballero a Noticias IFUNAM.

En 2011, un equipo de la Universidad de München, liderados por Immanuel Bloch, elaboró un experimento para analizar la transferencia cuántica de los átomos de un BEC confinado en dos tubos finitos en una red óptica. Por medio de láseres, los investigadores eran capaces de mover los átomos de un nivel a otro y ver cómo ocurría esa transferencia en función de una mayor o menor intensidad de la energía del láser y la rapidez con que se hacía. Los átomos se ubicaban en las curvaturas de estos tubos, de ahí la importancia del tipo de trampa y las características de la red óptica.

Caballero y Paredes eligieron el experimento para proponer un nuevo elemento viable con la tecnología actual: ¿qué pasa si añadimos desorden al experimento? ¿Cómo afectará la interacción de los átomos?

“Controlamos la velocidad de transferencia para ver cómo la cantidad de átomos que se mueven de un lado a otro es afectada significativamente por esas tres cosas: la curva del potencial armónico (la curva de la trampa) sobre la red óptica, la interacción y el desorden. Dependiendo de la combinación de esas tres cosas (y de qué tan rápido o lento se regule la transferencia de átomos) es que habrá un tipo de resultado”, explica el doctor.

En otras palabras, se puede ‘ganar’ o ‘perder’ (transferencia de átomos) dependiendo de qué tan rápido se regule el láser y en función de cuánto valga la amplitud de la interacción de muchos cuerpos y el desorden.


La superficie (que se aprecia como una sábana) representa el efecto neto del desorden en la transferencia de átomos: en amarillo cuando se gana transferencia de átomos, y en azul, cuando se pierde cuando la transferencia se hace lentamente.

De acuerdo con el autor, esto conduce a un resultado contrario a la intuición. Con lo que se sabe de cuántica desde el siglo pasado, se podía concluir que el inducir desorden o interacción en el sistema no implica ninguna ganancia en la transferencia sino una pérdida: al haber desorden sin interacción (o viceversa) hay un punto en que los átomos dejan de moverse y por lo tanto no hay transferencia.

Sin embargo, Caballero y Paredes han descubierto algo nuevo: al combinar los parámetros (desorden, interacción y rapidez) puede que efectivamente los átomos dejen de moverse pero también puede ocurrir algo inesperado. Esto es que haya una ganancia en la transferencia promedio a lo largo de la trampa. Es decir, el desorden y la interacción pueden ‘trabajar’ juntos para mejorar la transferencia de un estado cuántico a otro.

Analizar esta interacción dinámica puede servir para hacer estudios de simulación de sistemas relacionados con la materia condensada y también con la teoría cuántica de la información.

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