Físicos construyen un láser atómico que puede permanecer encendido para siempre

La parte central del experimento en la que se crean las ondas de materia coherente. Los átomos frescos (azul) caen y se dirigen al condensado de Bose-Einstein del centro. En realidad, los átomos no son visibles a simple vista. (Procesamiento de imágenes por Scixel).

Pueda que no lo notes, pero los láseres están presentes en nuestra vida diaria, los usamos en impresoras, reproductores de CD, punteros, dispositivos de medición, etc. Ahora esta tecnología ha dado un gran salto, los científicos de Amsterdam dicen haber creado un láser atómico que podría funcionar para siempre.

Lo que hace que los láseres sean tan especiales es que utilizan ondas coherentes de luz: toda la luz dentro de un láser vibra completamente sincronizada. Por su parte, un láser hecho de átomos requeriría que su propia naturaleza ondulatoria se alineara antes de ser barajado como un haz, es decir, se comporta como un dispositivo análogo a un láser óptico pero que emite átomos en lugar de luz.

Gracias a la mecánica cuántica sabemos que las partículas como los átomos también deben considerarse como ondas, significa que los átomos enteros pueden comportarse como partículas de luz. De esta forma se puede construir «láseres de átomos» que contengan ondas coherentes de materia. Aquí surge una pregunta importante, ¿podemos hacer que estas ondas de materia sean duraderas, de modo que puedan utilizarse en aplicaciones? Los físicos de Amsterdam dicen que sí.

Un paso intermedio crucial hacia el láser atómico fue la creación de una nueva forma de materia, el condensado de Bose-Einstein (BEC), que se forma a temperaturas extremadamente bajas, muy cerca del cero absoluto, una millonésima de grado Kelvin, (alrededor de 273 grados bajo cero en la escala Celsius).

Los láseres de átomos existen desde hace más de dos décadas. Desde hace mucho fue un objetivo largamente buscado en la física, hasta que lo logró un equipo de físicos del MIT en 1997, aunque estos dispositivos solo pudieron funcionar durante un tiempo muy corto. Estos podrían producir pulsos de ondas de materia, pero después de enviar un pulso de este tipo, había que crear un nuevo BEC antes de poder enviar el siguiente pulso. Para ser un primer paso hacia un láser atómico, esto no estaba mal.

El problema era claro, los BEC son muy frágiles y se destruyen rápidamente cuando la luz incide sobre ellos. Tampoco se podía evitar debido a que la luz es fundamental para formar el condensado: para enfriar una sustancia a una millonésima de grado, hay que enfriar sus átomos con luz láser. Parecía que no hay manera de crear un condensado de Bose-Einstein continuo.

Hasta que recientemente un equipo de físicos de la Universidad de Ámsterdam ha conseguido resolver el difícil problema. Florian Schreck, líder del equipo, explicó en un comunicado de prensa cómo se ingeniaron para loograrlo:

«En experimentos anteriores, el enfriamiento gradual de los átomos se hacía en un solo lugar. En nuestro montaje, decidimos repartir los pasos de enfriamiento no en el tiempo, sino en el espacio: hacemos que los átomos se muevan mientras avanzan por pasos de enfriamiento consecutivos. Al final, los átomos ultrafríos llegan al corazón del experimento, donde pueden utilizarse para formar ondas de materia coherentes en un BEC. Pero mientras se utilizan estos átomos, ya hay nuevos átomos en camino para reponer el BEC. De este modo, podemos mantener el proceso en marcha, básicamente para siempre».

Y ahora es momento de pensar en las aplicaciones que este puede tener. Los investigadores planean utilizar el láser para crear un haz de salida estable de materia. Una vez que sus láseres no solo puedan funcionar eternamente, sino que también puedan producir haces estables, ya no habrá nada que se interponga en el camino de las aplicaciones técnicas, y los láseres de materia podrían empezar a desempeñar un papel tan importante en la tecnología como el que desempeñan actualmente los láseres ordinarios.

La investigación se ha publicado en Nature.

Comparte ciencia, comparte conocimiento.