Las moléculas de la nube congelada se comportan como una gran molécula cuántica

Se ha formado una nube de hielo con unos pocos miles de moléculas en el mismo estado cuántico. La nube actuó como si fuera una sola molécula.

La tecnología cuántica tiene aplicaciones prometedoras, como Internet cuántico seguro o extremo sensores cuánticos precisos. La química cuántica también es interesante, donde, por ejemplo, un grupo de moléculas puede entrar en una reacción química como si fueran una gran “supermolécula”. Para todas estas aplicaciones, es importante poder controlar el estado cuántico de partículas diminutas.

Moléculas de enfriamiento

El comportamiento de un gran número de partículas se puede controlar a nivel cuántico mediante un bose-einsteincondensaat forma. Se considera que este es el quinto estado en el que se puede encontrar materia, además de sólido, líquido y gas. plasma. Los físicos han podido llevar los átomos a este estado desde la década de 1990 enfriándolos justo por encima cero absoluto (−273,15 ° C). Un condensado de átomos de Bose-Einstein se comporta en este estado como si fuera un átomo grande. Todos los átomos de dicha nube están en el mismo estado cuántico.

Los investigadores de la Universidad de Chicago tienen ahora por primera vez un condensado de Bose-Einstein formado por moléculas. Para hacer esto, enfriaron miles de moléculas de cesio hasta justo por encima del cero absoluto con una molécula especial. técnica de enfriamiento por láser.

Las moléculas son más difíciles de enfriar que los átomos porque son más grandes y vibran y giran de formas más diferentes. Por lo tanto, los investigadores no buscaron enfriar las moléculas. Comenzaron con átomos de cesio. Estos átomos prueba láser hasta que formen una concentración de bose-einstein. Luego usaron un campo magnético para juntar los átomos, fusionándolos en moléculas.

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Nube plana

Los investigadores mantuvieron estas moléculas de cesio congeladas en un plano bidimensional con un láser. “ Para esto usamos un rayo de luz láser muy distorsionado ”, correos electrónicos Barbilla cheng, profesor de la Universidad de Chicago. “Esta viga es plana y ancha, como una hoja de papel”. Esto permitió que las moléculas se movieran de izquierda a derecha y de un lado a otro, pero no hacia arriba ni hacia abajo.

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Esto produce una “nube” plana de moléculas de cesio idénticas, que se asientan perfectamente una al lado de la otra y se mueven juntas. Debido a esta limitación espacial, este condensado molecular de Bose-Einstein se comporta como una molécula grande, con un estado cuántico.

Una posible aplicación de un condensado molecular de Bose-Einstein es que se puede utilizar para “superquímica”, dice Chin. Es una especie de “química colectiva” en la que todas las moléculas experimentan una reacción química al mismo tiempo. “Esto es fundamentalmente diferente de nuestra experiencia diaria, donde las reacciones químicas tienen lugar en momentos y lugares aleatorios cuando las moléculas se encuentran.

Nunca se han observado tales “super-reacciones” colectivas. El siguiente paso para los investigadores es, por lo tanto, hacer un condensado molecular de bose-einstein lo suficientemente grande como para llevar a cabo este tipo de reacciones.

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