Un grupo de investigadores del CNRS y la École Normale Supérieure de París ha desarrollado un nuevo protocolo que permite la imagen de un paquete de ondas de un solo átomo. Esta técnica innovadora podría revolucionar la comprensión de sistemas cuánticos complejos en un espacio continuo. A pesar de los avances en la física cuántica, la imagen directa de partículas cuánticas individuales ha sido un desafío importante debido a las limitaciones de los métodos de microscopía existentes.
Un paso adelante en la comprensión de la materia cuántica
La investigación, publicada en Physical Review Letters, se centra en el estudio de átomos ultrafríos, que son sistemas a temperaturas apenas superiores al cero absoluto. En estas condiciones extremas, la materia exhibe comportamientos fascinantes, como la superfluidez, donde los átomos fluyen sin fricción. Tarik Yefsah, autor principal del estudio, señala que el objetivo fundamental de este trabajo era resolver la evolución de cada átomo individual en estos sistemas cuánticos complejos.
Para lograrlo, los investigadores utilizaron una red óptica, una especie de «caja» creada por láseres que permite atrapar átomos. Al iluminar estos átomos con una luz cuidadosamente seleccionada, pudieron hacer que se volvieran fluorescentes y, así, obtener imágenes individuales. Sin embargo, el reto radicaba en garantizar que los átomos estuvieran fijados en la posición correcta dentro de la red, ya que cualquier movimiento podría llevar a una interpretación errónea de los datos obtenidos.
“Los átomos, al estar inicialmente en un espacio libre, tienden a moverse y perder información sobre su posición inicial. Al activar la red óptica, el desafío es asegurar que los átomos permanezcan en el pozo más cercano a su posición original”, explica Yefsah. Este proceso permitió a los investigadores realizar experimentos que, a pesar de la complejidad inicial, resultaron en una fidelidad cercana al 100% en la captura de imágenes de los átomos.
La técnica desarrollada actúa de manera similar a una cámara CCD para las funciones de onda atómicas, y se ha demostrado que es aplicable a sistemas suficientemente diluidos que evolucionan en el espacio libre. Esto incluye futuros estudios sobre sistemas de muchos cuerpos, donde la interacción entre partículas hace que los resultados teóricos sean difíciles de predecir.
Yefsah y su equipo están ahora aprovechando esta metodología para investigar el comportamiento de superfluidos fuertemente interactuantes, un área que representa un desafío significativo en la investigación teórica contemporánea. A medida que los científicos continúan explorando estas fronteras de la física cuántica, el potencial de aplicaciones de esta técnica podría abrir nuevas vías para el entendimiento de fenómenos cuánticos complejos y sus implicaciones en la ciencia del futuro.
Para más información, consulte el estudio de Joris Verstraten et al, titulado In Situ Imaging of a Single-Atom Wave Packet in Continuous Space, publicado en Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.083403.
