Enfrían un objeto hasta colocarlo en un estado físico dominado por la mecánica cuántica

Usando luz láser, se ha conseguido por vez primera enfriar, hasta su menor estado de energía posible, a un objeto entero, diminuto según los baremos de la vida cotidiana, pero enorme para la física cuántica, ya que está hecho de miles de millones de átomos.

Este logro ayudará a desarrollar detectores extremadamente sensibles, así como a realizar experimentos cuánticos que la comunidad científica anhela llevar a cabo desde hace mucho tiempo.

El equipo de Oskar Painter, profesor de física aplicada en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), en colaboración con un equipo de científicos de la Universidad de Viena, Austria, ha usado luz visible para llevar un sistema sólido, compuesto por miles de millones de átomos, a un estado en el que su comportamiento está regido por las leyes de la mecánica cuántica. Anteriormente, esto sólo había sido logrado con átomos o iones individuales atrapados.

Painter y sus colegas diseñaron un objeto de tamaño nanométrico, hecho de silicio y con forma parecida a la de una viga. La luz láser, de frecuencia cuidadosamente seleccionada, puede entrar en este sistema y, después de reflejarse, puede extraer energía térmica, enfriando el sistema hasta una temperatura inferior a 100 milésimas de grado por encima del Cero Absoluto (aproximadamente 273,15 grados centígrados bajo cero).

Mediante el cuidadoso diseño de cada elemento del objeto en forma de viga, así como de un escudo especial de silicio que aísla a la nanoviga del entorno, Painter y sus colegas han sido capaces de usar esta técnica de enfriamiento por láser para llevar el sistema al citado estado físico dominado por la mecánica cuántica. A esa temperatura tan baja, las vibraciones mecánicas son las menores posibles. Un objeto tan frío puede ayudar a detectar masas o fuerzas muy pequeñas, cuya presencia normalmente sería enmascarada por las ruidosas vibraciones térmicas del sensor.

Fotografía de microscopio del dispositivo ideado por el equipo de investigadores. (Foto: Caltech/Painter, et al) 

En muchos sentidos, el experimento efectuado por Painter y sus colegas proporciona un punto de partida para experimentos mucho más espectaculares acerca de la mecánica cuántica. Por ejemplo, usando un objeto con el tamaño y temperatura del utilizado en este experimento pionero sería posible verificar una fascinante posibilidad, la de si es posible forzar a un objeto así a pasar a un estado de superposición cuántica, un extraño estado cuántico en el que un sistema físico puede existir en más de un lugar a la vez.