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Descubren un nuevo estado de la materia gobernado por la mecánica cuántica que desafía las leyes de la física

En este estado excepcional, las partículas exhiben un comportamiento que sugiere una unidad indivisible.

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Un equipo de físicos de la Universidad de Columbia ha logrado un avance significativo en el campo de la física cuántica, alcanzando un nuevo límite en el enfriamiento molecular

En su investigación, publicada Nature, los científicos lograron enfriar moléculas a temperaturas extremadamente bajas, fracciones de grados por encima del cero absoluto

Esta proeza les permitió crear un estado de la materia dominado por las reglas de la mecánica cuántica, conocido como Condensado de Bose-Einstein (BEC).

Se trata de un estado único de la materia en el que gran cantidad de bosones, un tipo de partícula elemental, se agrupan en el mismo estado cuántico de la mínima energía. De esta manera, las partículas se comportan como si fueran una sola entidad. 

Físicos logran un nuevo estado de la materia que consideraban imposible. Fuente: Shutterstock. 

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Avance sin precedentes en la física cuántica 

Un equipo de físicos liderado por Sebastián Will ha logrado un hito en la física cuántica al crear, por primera vez en la historia, un Condensado de Bose-Einstein (BEC) a partir de moléculas.

A diferencia de los BEC convencionales, hechos de átomos, este nuevo estado de la materia presenta moléculas polares, es decir, con una distribución desigual de carga eléctrica. 

Esta característica única permite interacciones de largo alcance entre las moléculas, abriendo un nuevo abanico de posibilidades.

El equipo, que contó con la colaboración teórica de Tijs Karman de la Universidad de Radboud en los Países Bajos, ha utilizado un método de enfriamiento para alcanzar temperaturas ultrafías necesarias para la formación del BEC molecular

 ¡Hito en la física cuántica! Crean el primer Condensado de Bose-Einstein molecular. Fuente: Shutterstock. 

Logran enfriar gas a temperaturas récord utilizando microondas

El equipo de investigadores logró enfriar un gas a temperaturas récord utilizando una combinación de enfriamiento por láser, manipulaciones magnéticos y microondas. 

El gas en cuestión, una mezcla de sodio y cesio, fue enfriado a una temperatura de apenas 100 nanokelvin, lo que convierte en el gas más frío jamás creado.  Después, aplicaron campos magnéticos, para atrapar y mantenerlas en su lugar. 

Finalmente, utilizaron microondas para crear pequeños escudos alrededor de cada molécula, lo que evitó que chocaran entre sí y se calentaran.

Cuando se eliminan las moléculas más calientes de la muestra, los científicos pudieron enfriar el gas restante a una temperatura aún más baja a través de un proceso conocido como enfriamiento evaporativo

Un nuevo giro experimental

El logro, descrito en un artículo publicado en Nature, se basa en un nuevo método que utiliza dos campos de microondas para enfriar y controlar las moléculas de sodio-cesio.

En 2023, el equipo estuvo cerca de crear un BEC molecular utilizando un método de protección de microondas, pero no fue suficiente para alcanzar el objetivo. 

El incremento en la eficiencia del enfriamiento se logró sumando un segundo campo de microondas, lo cual facilitó que el sodio-cesio cruzara finalmente el umbral hacia el condensado de Bose-Einstein.

Este segundo campo de microondas, además de reducir las colisiones, ofrece la capacidad de manipular la orientación de las moléculas

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