Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han realizado un avance significativo en el estudio de las colisiones atómicas asistidas por luz, un fenómeno que ocurre cuando átomos fríos colisionan bajo la influencia de un láser. La investigación, publicada en Physical Review Letters, detalla cómo estas colisiones pueden producir estados moleculares efímeros y liberar grandes cantidades de energía, lo que tiene aplicaciones potenciales en la ciencia cuántica.
Las colisiones asistidas por luz, aunque rápidas y eficaces, presentan complejidades que han dificultado su comprensión hasta ahora. Un equipo de investigadores, liderado por la profesora Cindy Regal, ha desarrollado técnicas experimentales y teóricas para estudiar estas colisiones en presencia de pequeñas divisiones de energía atómica. Utilizando pinzas ópticas, que son láseres enfocados capaces de atrapar átomos individuales, el equipo ha logrado aislar y examinar los productos de pares de átomos, en este caso, de rubidio-87.
Colisiones atómicas y su estructura cuántica
El proceso comienza al preparar exactamente dos átomos de rubidio en una trampa óptica, utilizando una técnica que permite cargar átomos individuales en pinzas ópticas y luego fusionarlos en una sola trampa. Posteriormente, se aplica un pulso controlado de luz láser que induce colisiones entre los átomos. Este tipo de luz provoca que los átomos alcancen un estado de superposición cuántica, donde se genera una interacción que les confiere una gran cantidad de energía cinética, haciendo que escapen de la trampa.
El equipo de Regal ha demostrado que al variar la frecuencia de la luz utilizada en estas colisiones, es posible medir cómo cambia la velocidad de las colisiones y, en consecuencia, la energía liberada. Este fenómeno se asemeja a un juego de «bolas de billar cuánticas», donde un fotón actúa como la bola de saque que impacta en los átomos, enviándolos fuera de la trampa. Este estudio ha permitido a los investigadores mapear las tasas de pérdida de átomos en relación con la estructura hiperfina, un aspecto que no se había explorado de manera cuantitativa antes.
Además, el desarrollo de nuevas técnicas de imagen ha sido fundamental para determinar si ambos átomos permanecen en la trampa después de una colisión. Los métodos estándar de imagen podrían haber expulsado inadvertidamente a ambos átomos, complicando el análisis de los resultados. La técnica innovadora utilizada por el equipo permite identificar la presencia de dos átomos a través de la detección de uno solo.
Los hallazgos de este estudio no solo ofrecen una mayor comprensión de las colisiones atómicas, sino que también tienen implicaciones prácticas en diversas áreas como la computación cuántica, la metrología y la física de muchos cuerpos. El avance en la predicción del comportamiento de estas colisiones atómicas podría ser crucial para el desarrollo de tecnologías cuánticas de próxima generación y técnicas de enfriamiento láser.
