Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han tomado una imagen que retrata el cruce entre dos mundos.
La nube de átomos evolucionó a partir del condensado en forma de aguja (izquierda), pasó a través de la inestabilidad en forma de serpiente (centro) y formó tornados minúsculos (derecha). Crédito: Mukherjee et al, Nature, 2022.
Como se detalla en un nuevo estudio publicado en Nature esta semana, el equipo capturó imágenes de átomos súper fríos en el proceso de dejar de estar gobernados por la física clásica y pasar a la cuántica. La idea era congelarlos en su lugar para observar sus interacciones y comportamientos a nivel cuántico.
A medida que hicieron la transición, la cadena de partículas se convirtió en un patrón de «tornados cuánticos», una visión vívida y fascinante del universo cuántico que nos recuerda, asombrosamente, a grandes vórtices tropicales o las majestuosas tormentas de Júpiter.
Rompiendo reglas
En el mundo cuántico, las partículas no tienen una ubicación determinada como tú y los objetos que te rodean. En cambio, los átomos se rigen por el inquietante principio de que la ubicación dada de una partícula es una probabilidad. Un átomo tiene la posibilidad de estar en dos ubicaciones al mismo tiempo, por lo que no se aplican las reglas típicas de la física.
«Esta cristalización está impulsada puramente por interacciones y nos dice que vamos del mundo clásico al mundo cuántico», dijo Richard Fletcher, profesor asistente de física en el MIT y coautor del estudio, en un comunicado.
Dejando Kansas
Cuando las partículas interactúan de esta manera, deberían mostrar un comportamiento extraño, pero observar la mecánica cuántica mientras se opera en el mundo «clásico» no es exactamente fácil.
Para superar esta limitación, los científicos del MIT rotaron rápidamente un fluido cuántico de átomos ultrafríos. Inicialmente, la nube redonda de átomos formaba una estructura delgada en forma de aguja.
Incluso hay pequeños puntos oscuros entre los cristales vecinos (ver las marcas ‘x’) donde ocurren los vórtices de contraflujo, tal como vemos en los sistemas climáticos complejos. Crédito: Mukherjee et al, Nature, 2022.
Cuando la mecánica cuántica comenzó a tomar el control, la aguja se rompió en un patrón cristalino de tornados cuánticos en miniatura y, recordando al Mago de Oz, se podría decir que Dorothy salió de Kansas.
Los resultados son la primera documentación directa de la evolución de un gas cuántico en rápida rotación, según el equipo de investigación.
Película ‘El Mago de Oz’, 1939.
«Incluso en la física clásica, esto da lugar a la formación de patrones intrigantes, como nubes que envuelven la Tierra en hermosos movimientos espirales», concluyó Martin Zwierlein, profesor de física y coautor del estudio. «Y ahora podemos estudiar esto en el mundo cuántico».
Físicos observan increíbles «tornados cuánticos» formados a partir de átomos ultrafríos