Los átomos ultrafríos son átomos que se encuentran a temperaturas extremadamente bajas, cerca del cero absoluto (0 K o –273,15 °C), lo que significa que su energía cinética es muy baja. A estas temperaturas, los átomos tienen un comportamiento cuántico pronunciado y pueden mostrar efectos inusuales que no se observan a temperaturas más altas.
La investigación sobre los átomos ultrafríos comenzó a finales de la década de 1990, pero un avance importante ocurrió en 1995 cuando los físicos Eric Cornell y Carl Wieman, en la Universidad de Colorado, crearon el primer condensado de Bose-Einstein (CBE) utilizando átomos de rubidio enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. Este fue un hito clave, ya que en el CBE, los átomos se comportan colectivamente como una sola «onda cuántica». Por este trabajo, Cornell y Wieman ganaron el Premio Nobel de Física en 2001, compartido con Wolfgang Ketterle, quien también hizo contribuciones significativas a la creación de CBE.
Aunque los fenómenos cuánticos que se observan en átomos a temperaturas ultrabajas son estudiados principalmente a través de teorías cuánticas, estos átomos son reales y se han producido experimentalmente en laboratorios alrededor del mundo. Se utilizan tecnologías de enfriamiento láser y trampas magnéticas para reducir la temperatura de los átomos.
Aplicaciones
Aunque estos átomos no tienen aplicaciones comerciales en el sentido tradicional, tienen un enorme potencial para avanzar en varias áreas de la ciencia y la tecnología:
- Computación cuántica: Los átomos ultrafríos pueden servir como qubits (la unidad básica de la información cuántica) en computadoras cuánticas. Su comportamiento cuántico facilita la manipulación de estados cuánticos complejos necesarios para cálculos que serían imposibles para las computadoras clásicas.
- Simulación cuántica: Los átomos ultrafríos pueden ser utilizados para simular otros sistemas cuánticos más complejos. Estos simuladores cuánticos podrían proporcionar información sobre fenómenos físicos difíciles de estudiar en sistemas reales, como los comportamientos de materiales exóticos o los efectos cuánticos en el espacio-tiempo.
- Sensores cuánticos de precisión: Debido a sus características cuánticas, los átomos ultrafríos pueden mejorar los sensores para medir campos magnéticos, la gravedad, y otros parámetros físicos con una precisión mucho mayor que los dispositivos tradicionales.
- Investigación de la física fundamental: Los átomos ultrafríos también se utilizan para estudiar fenómenos cuánticos fundamentales, como la interferencia cuántica, la superposición cuántica, y los efectos de la gravedad cuántica, lo que podría ayudar a resolver preguntas sin respuesta sobre la teoría cuántica y la relatividad.
¿Cómo se logran estas temperaturas?
Los átomos ultrafríos se producen utilizando varias técnicas avanzadas:
- Enfriamiento láser: Los átomos son irradiados con láseres de alta precisión, lo que ralentiza sus movimientos (reduciendo su temperatura) al interactuar con los fotones de la luz.
- Evaporación: Después de enfriar los átomos con láser, los átomos más calientes son «evaporados» para reducir aún más la temperatura del gas de átomos restantes.
- Trampas magnéticas: A menudo, estos átomos ultrafríos se mantienen atrapados en campos magnéticos para evitar que se escapen mientras se mantienen a temperaturas extremadamente bajas.
