Los físicos finalmente miden una molécula teorizada durante mucho tiempo hecha de luz y materia

Los físicos acaban de captar la luz actuando como “pegamento” entre los átomos, en una especie de molécula débilmente unida.

“Hemos logrado por primera vez polarizar varios átomos juntos de forma controlada, creando una fuerza de atracción medible entre ellos”, dice el físico de la Universidad de Innsbruck, Matthias Sonnleitner.

Los átomos se conectan para formar moléculas en una variedad de formas, todas involucrando un intercambio de cargas como una especie de ‘superpegamento’.

Algunos comparten sus electrones cargados negativamente, formando enlaces relativamente fuertes, como los gases más simples de dos átomos de oxígeno unidos que respiramos constantemente, con los hidrocarburos complejos que se encuentran flotando en el espacio. Algunos átomos se atraen en virtud de diferencias en su carga total.

Los campos electromagnéticos pueden alterar la disposición de las cargas alrededor del átomo. Dado que la luz es un campo electromagnético que cambia rápidamente, una lluvia de fotones dirigidos adecuadamente puede empujar a los electrones a posiciones que, en teoría, podrían verlos enlazarse.

“Si ahora enciende un campo eléctrico externo, esta distribución de carga cambia un poco”, explica el físico Philipp Haslinger de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien).

“La carga positiva se desplaza ligeramente en una dirección, la carga negativa ligeramente en la otra dirección, el átomo de repente tiene un lado positivo y otro negativo, está polarizado”.

Haslinger, la física atómica de TU Wien Mira Maiwöger y sus colegas utilizaron átomos de rubidio ultrafríos para demostrar que la luz puede polarizar los átomos de la misma manera, lo que a su vez hace que los átomos neutros se vuelvan un poco pegajosos.

“Esta es una fuerza de atracción muy débil, por lo que debe realizar el experimento con mucho cuidado para poder medirla”, dice Maiwöger.

“Si los átomos tienen mucha energía y se mueven rápidamente, la fuerza de atracción desaparece inmediatamente. Por eso se utilizó una nube de átomos ultrafríos”.

El equipo atrapó una nube de alrededor de 5.000 átomos debajo de un chip recubierto de oro, en un solo plano, utilizando un campo magnético.

Aquí es donde enfriaron los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto (−273 °C o −460 °F), formando un cuasicondensado, por lo que las partículas de rubidio comienzan a actuar colectivamente y comparten propiedades como si estuvieran en el quinto estado de la materia. pero no en la misma medida.

Golpeados con un láser, los átomos experimentaron una variedad de fuerzas. Por ejemplo, la presión de radiación de los fotones entrantes puede empujarlos a lo largo del haz de luz. Mientras tanto, las respuestas en los electrones pueden atraer al átomo hacia la parte más intensa del haz.

Para detectar la sutil atracción que se cree que surge entre los átomos en este torrente de electromagnetismo, los investigadores tuvieron que hacer algunos cálculos cuidadosos.

Cuando apagaron el campo magnético, los átomos cayeron libremente durante unos 44 milisegundos antes de alcanzar el campo de luz láser, donde también se obtuvieron imágenes mediante microscopía de fluorescencia de lámina de luz.

Durante la caída, la nube se expandió naturalmente, por lo que los investigadores pudieron tomar medidas en diferentes densidades.

A altas densidades, Maiwöger y sus colegas encontraron que faltaba hasta el 18 por ciento de los átomos en las imágenes de observación que estaban tomando. Creen que estas ausencias fueron causadas por colisiones asistidas por la luz que expulsaron los átomos de rubidio de su nube.

Esto demostró parte de lo que estaba sucediendo: no era solo la luz entrante la que influía en los átomos, sino también la luz que se dispersaba de los otros átomos. Cuando la luz tocó los átomos, les dio una polaridad.

Según el tipo de luz utilizada, los átomos eran atraídos o repelidos por una mayor intensidad de luz. Entonces, fueron atraídos hacia la región de luz más baja o hacia la luz más alta; en cada caso, terminaron acumulándose juntos.

“Una diferencia esencial entre las fuerzas de radiación habituales y las [light triggered] interacción es que esta última es una interacción efectiva partícula-partícula, mediada por luz dispersa”, escriben Maiwöger y sus colegas en su artículo.

“No atrapa los átomos en una posición fija (por ejemplo, el foco de un rayo láser), sino que los atrae hacia las regiones de máxima densidad de partículas”.

Si bien esta fuerza que reúne los átomos es mucho más débil que las fuerzas moleculares con las que estamos más familiarizados, a gran escala puede sumarse. Esto puede cambiar los patrones de emisión y las líneas de resonancia, características que los astrónomos utilizan para informar nuestra comprensión de los objetos celestes.

También podría ayudar a explicar cómo se forman las moléculas en el espacio.

“En la inmensidad del espacio, las fuerzas pequeñas pueden desempeñar un papel importante”, dice Haslinger.

“Aquí pudimos demostrar por primera vez que la radiación electromagnética puede generar una fuerza entre los átomos, lo que puede ayudar a arrojar nueva luz sobre escenarios astrofísicos que aún no se han explicado”.

Esta investigación fue publicada en Examen físico X.

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