¿Cuándo un atasco de tráfico no es un atasco de tráfico? Cuando se trata de un atasco de tráfico cuántico, por supuesto. Solo en la física cuántica el tráfico puede estar parado y en movimiento al mismo tiempo.
Un nuevo artículo teórico de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland sugiere que la creación intencional de un atasco de tráfico de este tipo a partir de un anillo de varios miles de átomos ultrafríos podría permitir mediciones precisas del movimiento. Si se implementan con la configuración experimental correcta, los átomos podrían proporcionar una medida de la gravedad, posiblemente incluso a distancias tan cortas como 10 micrómetros, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano.
Si bien los autores enfatizan que queda mucho trabajo por hacer para demostrar que tal medida sería alcanzable, la recompensa potencial sería una aclaración de la atracción de la gravedad en escalas de longitud muy corta. Las anomalías podrían proporcionar pistas importantes sobre el comportamiento de la gravedad, incluido por qué nuestro universo parece estar expandiéndose a un ritmo acelerado.
Además de responder potencialmente a preguntas fundamentales profundas, estos anillos atómicos también pueden tener aplicaciones prácticas. Podrían conducir a sensores de movimiento mucho más precisos de lo que period posible anteriormente, o servir como interruptores para computadoras cuánticas, con 0 representado por un embotellamiento atómico y 1 por tráfico atómico en movimiento.
Los autores del artículo están afiliados a la Instituto cuántico conjunto y el Centro Conjunto de Información Cuántica e Informáticalos cuales son asociaciones entre NIST y la Universidad de Maryland.
En las últimas dos décadas, los físicos han explorado un estado exótico de la materia llamado condensado de Bose-Einstein (BEC), que existe cuando los átomos se superponen entre sí a temperaturas gélidas a una pizca de un grado del cero absoluto. En estas condiciones, una pequeña nube de átomos puede convertirse esencialmente en un gran “superátomo” cuántico, lo que permite a los científicos explorar propiedades potencialmente útiles como la superconductividad y la superfluidez con mayor facilidad.
Los físicos teóricos Stephen Ragole y Jake Taylor, los autores del artículo, ahora han sugerido que una variación de la concept BEC podría usarse para detectar la rotación o incluso explorar la gravedad en distancias cortas, donde otras fuerzas como el electromagnetismo generalmente superan los efectos de la gravedad. La concept es usar rayos láser, que ya se usan comúnmente para manipular átomos fríos, para unir unos pocos miles de átomos en un anillo de 10 a 20 micrómetros de diámetro.
Una vez que se forma el anillo, los láseres lo moverían suavemente, haciendo que los átomos circulen a su alrededor como automóviles que viajan uno tras otro por una carretera de circunvalación de un solo carril. Y así como los neumáticos de los automóviles giran mientras viajan por el pavimento, las propiedades de los átomos captarían la influencia del mundo que los rodea, incluidos los efectos de la gravedad de las masas a solo unos pocos micrómetros de distancia.
El anillo aprovecharía uno de los comportamientos contraintuitivos de la mecánica cuántica para ayudar a los científicos a medir realmente lo que captan sus átomos sobre la gravedad. Los láseres podrían agitar los átomos en lo que se llama una “superposición”, lo que significa que, en efecto, estarían circulando por el anillo y, al mismo tiempo, parados. Esta superposición de flujo y estancamiento ayudaría a mantener las relaciones entre los átomos del anillo durante unos pocos milisegundos cruciales después de eliminar sus restricciones láser, tiempo suficiente para medir sus propiedades antes de que se dispersen.
Este atasco de tráfico cuántico no solo podría superar un difícil desafío de medición de la gravedad, sino que podría ayudar a los físicos a descartar algunas de las muchas teorías en competencia sobre el universo, lo que podría ayudar a aclarar un atasco de tráfico de concepts de larga knowledge.
Uno de los grandes misterios del cosmos, por ejemplo, es por qué se está expandiendo a un ritmo aparentemente acelerado. Los físicos han sugerido que una fuerza externa, denominada “energía oscura”, provoca esta expansión, pero aún tienen que descubrir su origen. Una de las muchas teorías es que en el vacío del espacio, las partículas virtuales de corta duración aparecen constantemente y desaparecen, y su repulsión mutua crea los efectos de la energía oscura. Si bien es una explicación bastante razonable en algunos niveles, los físicos calculan que estas partículas crearían tanta fuerza repulsiva que inmediatamente harían estallar el universo. Entonces, ¿cómo pueden reconciliar las observaciones con la concept de partícula digital?
“Una posibilidad es que el tejido básico del espacio-tiempo solo responda a partículas virtuales que están separadas por más de unos pocos micrómetros”, dijo Taylor, “y ese es el tipo de separación que podríamos explorar con este anillo de átomos fríos. Entonces, si resulta que puede ignorar el efecto de las partículas que operan en estas escalas de longitud corta, puede explicar gran parte de esta energía repulsiva no observada. Estaría allí, simplemente no afectaría nada a escala cósmica”.
Interferometría atómica interactiva para detección de rotación acercándose al límite de Heisenberg
