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Científicos logran "congelar" luz en estado sólido
« en: Febrero 03, 2015, 02:28:16 am »
Científicos logran "congelar" luz en estado sólido


Un equipo de físicos de la Universidad de Princeton ha logrado obligar a la luz a que se comporte de manera realmente extraña. En lugar de desplazarse a su velocidad normal, han conseguido que se detenga formando estructuras similares a cristales.

No es la primera vez que se logra "congelar" la luz. En julio del pasado año, investigadores de la Universidad de Darmstadt, en Alemania, lograron detener la luz durante un minuto utilizando entrelazamiento cuántico. En septiembre de 2013, científicos del Centro de Átomos Ultrafríos que gestiona a medias el MIT y la Universidad de Harvard fueron los primeros en lograr que las partículas de luz se agruparan formando una estructura similar al cristal. Lo hicieron sometiendo los fotones a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Ahora, el equipo de Princeton ha llegado al mismo punto, pero mediante una técnica sutilmente diferente. De nuevo, han recurrido al entrelazamiento cuántico. Los físicos de Princeton han creado una máquina formada por miles de millones de átomos superconductores alineados para que se comporten como un único átomo artificial. Después han situado este átomo junto a un cable superconductor por el que circulan fotones.

Como parte de un esfuerzo por desarrollar materiales exóticos como superconductores a temperatura ambiente, los investigadores han encerrado junto fotones, el elemento básico de la luz, de modo que se fijan en su lugar.

"Es algo que nunca hemos visto antes", dijo Andrew Houck, profesor asociado de ingeniería eléctrica y uno de los investigadores. "Este es un nuevo comportamiento de la luz."

Los resultados plantean interesantes posibilidades para una variedad de materiales en el futuro. Pero los investigadores también tienen la intención de utilizar el método para hacer frente a preguntas sobre el estudio fundamental de la materia, un campo llamado la física de la materia condensada.

"Estamos interesados en explorar - y en última instancia, controlar y dirigir - el flujo de energía a nivel atómico", dijo Hakan Türeci
, profesor asistente de ingeniería eléctrica y un miembro del equipo de investigación. "El objetivo es comprender mejor los materiales y procesos actuales y para evaluar los materiales que aún no podemos crear."

Por la propia mecánica cuántica, los fotones tomaron algunas de las cualidades del átomo artificial y comenzaron a interactuar entre ellos como si tuvieran masa. En este estado, el equipo logró que los fotones fluyeran de manera similar a un líquido, o se detuvieran formando estructuras sólidas.

Por ahora, el tamaño de estas interacciones es muy pequeño, pero los investigadores confían en aumentar la escala y seguir estudiando como controlar la luz para que adopte diferentes comportamientos. En el futuro, la técnica quizá podría llevar al descubrimiento de superfluidos o aislantes con propiedades aún desconocidas. También permitirá entender mejor la computación cuántica.


Fuente: Physical Review X  -  Science Blog



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Científicos logran detener la luz durante un minuto - Julio de 2013


Y no nos referimos a poner la mano delante de la lámpara, sino a lograr que un haz de energía que se mueve a casi 300.000 kilómetros por segundo se detenga durante un minuto eterno, para después proseguir su camino. El descubrimiento, aparte de hacernos soñar con sables de luz, abre las puertas a la internet cuántica, una red futura 100% segura e increíblemente rápida.

No es la primera vez que logran detener el avance de la luz. En 1999 consiguieron ralentizar su avance hasta sólo 17 metros por segundo. Hace sólo dos años lograron detenerla por primera vez, pero sólo durante una fracción de segundo. El logro de congelarla durante un minuto ha sido alcanzado por investigadores de la Universidad de Darmstadt, en Alemania.

"Un minuto es muy, muy largo", dice Thomas Krauss de la Universidad de St Andrews, Reino Unido. "Este es sin duda un hito importante."

Para parar la luz, lo primero que ha hecho el equipo de Darmstad es disparar un láser sobre un cristal opaco. Al recibir el impacto, los átomos del cristal entran en un estado de superposición cuántica que vuelve al material transparente a unas determinadas frecuencias. Un segundo láser ajustado en esas frecuencias es disparado al interior del cristal. En ese punto, los investigadores de Darmstadt diseñaron un algoritmo que equilibra campos magnéticos con la superposición creada por el láser para retener el segundo haz de luz hasta un minuto.

El hecho de que hayan logrado retener la luz significa que pueden utilizar este haz para guardar datos. Esta era la pieza que faltaba para crear un dispositivo hasta ahora teórico llamado Repetidor Cuántico. Este dispositivo serviría para conectar sistemas de memoria cuántica a largas distancias, y es un ingrediente fundamental de la internet cuántica.

Fuente: American Physical Society  -  New Scientist




Descubren una nueva forma de materia similar a un sable láser - Septiembre de 2013


Los profesores de física Mikhail Lukin y Vladan Vuletic estaban experimentando con fotones cuando han logrado algo que hasta ahora se consideraba imposible: crear una molécula de fotones.

Hasta ahora se consideraba que los fotones eran partículas sin masa que no interactuaban entre ellas como lo hacen las partículas que sí tienen materia. Por poner un ejemplo práctico, si cruzamos dos haces de luz como dos láser, estos simplemente se atraviesan. Al no tener masa, los fotones tampoco se unen en estructuras más grandes como hacen otras partículas.

Lukin y Vuletic han creado un medio en el que los fotones actúan como si tuvieran masa y se unen formando lo que ellos llaman moléculas fotónicas. La comparación con los sables de luz no es casual. Ambos investigadores explican que estas moléculas se atraen y repelen como lo hacen los átomos con masa, o sea, que dos hipotéticas estructuras de moléculas de luz se detendrían una a la otra como hacen los sables láser.

El descubrimiento, dijo Lukin, va en contra de décadas de sabiduría aceptada sobre la naturaleza de la luz. Los fotones siempre se han descrito como partículas sin masa que no interactúan entre sí, sin embargo, se comportarn menos como los láseres tradicionales y más como algo que puedes encontrar en la ciencia ficción - el sable de luz.

"La mayoría de las propiedades de la luz que sabemos sobre originan en el hecho de que los fotones no tienen masa, y que no interactúan entre sí", dijo Lukin. "Lo que hemos hecho es crear un tipo especial de medio en el que los fotones interactúan entre sí con tanta fuerza que comienzan a actuar como si tuvieran masa, y que se unen entre sí para formar moléculas. Este tipo de estado de enlace fotónico se ha discutido teóricamente durante bastante tiempo, pero hasta ahora no se había observado.

"No es una analogía en apto para comparar esto con sables de luz", agregó Lukin. "Cuando estos fotones interactúan entre sí, que están empujando contra y desviar el uno al otro. La física de lo que está sucediendo en estas moléculas es similar a lo que vemos en las películas."

Para lograr esta extraña nueva forma de materia hecha de luz, los investigadores utilizaron frío. Los fotones fueron introducidos en una cámara de vacío con una nube de átomos de rubidio enfriada hasta casi cero absoluto. Al paso por esta nube, los fotones se ralentizan y, si se disparan varios, salen de la cámara unidos como en una molécula. La causa física de esta unión se basa en la denominada Constante de Rydberg. Mediante este procedimiento, los investigadores no dudan en afirmar que se podrían crear estructuras tridimensionales de luz

Lo trágico (desde el punto de vista Nerd) es que el equipo de Lukin y Vuletic no está interesado en fabricar sables de luz. El descubrimiento funciona como una puerta lógica de fotones, y sienta una base nueva y estable para el desarrollo de la computación cuántica. Aunque no vaya a haber armas jedi, sigue siendo un descubrimiento formidable.

Si bien el efecto es inusual, tiene algunas aplicaciones prácticas también.

"Lo hacemos por diversión, y porque estamos empujando las fronteras de la ciencia", dijo Lukin. "Pero lo introduce en el panorama más amplio de lo que estamos haciendo, porque los fotones siguen siendo los mejores medios posibles para llevar la información cuántica. La desventaja, sin embargo, ha sido que los fotones no interactúan entre sí."

Para construir una computadora cuántica, explicó, los investigadores necesitan para construir un sistema que puede preservar la información cuántica, y procesarla mediante operaciones lógicas cuánticas. El reto, sin embargo, es que la lógica cuántica requiere interacciones entre cuantos individuales de manera que los sistemas cuánticos se pueden cambiar para realizar el procesamiento de la información.

"Lo que demostramos con este proceso es que eso se puede hacer", dijo Lukin. "Antes de hacer un cambio cuántico práctico útil o fotónico puerta lógica tenemos que mejorar el rendimiento, por lo que es todavía en el nivel de prueba de concepto, pero este es un paso importante. Los principios físicos que hemos establecido aquí son importantes ".

El sistema incluso podría ser útil en la computación clásica, dijo Lukin, teniendo en cuenta los problemas de disipación de calor de fabricantes que enfrentan los microprocesadores. Un número de compañías - incluyendo IBM - han trabajado para desarrollar sistemas que se basan en los routers ópticos que convierten las señales de luz en señales eléctricas, pero esos sistemas tienen sus propios obstáculos.

"¿Qué será útil porque nosotros no sabemos todavía, pero es un nuevo estado de la materia, por lo que tenemos la esperanza de que las nuevas aplicaciones pueden surgir a medida que seguimos para investigar las propiedades de estas moléculas fotónicos '", dijo.

Fuente: Nature  -  Phys.org