Los científicos usan láser para enfriar un área pequeña de la película a cero absoluto para sensores altamente sensibles

Recientemente, investigadores de la Universidad de Basilea anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo método que puede enfriar pequeñas áreas de la película a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (menos 273,15 grados Celsius) usando solo un láser. Esta película altamente enfriada, según el informe, puede usarse en el futuro para sensores extremadamente sensibles.
Al astrónomo alemán Johannes Kepler se le ocurrió la idea de una vela solar hace 400 años, que es una nave espacial que usa la presión de la luz solar para la navegación cósmica y puede usarse para permitir que los barcos naveguen por el espacio. Él creía que cuando la luz es reflejada por un objeto, se ejerce una fuerza. También usó esta teoría para explicar por qué las colas de los cometas se alejan del sol.
El equipo estuvo dirigido por el Dr. Philipp Treutlein y el Dr. Patrick Potts. Sus hallazgos se publicaron recientemente en la revista científica Physical Review X.
Sin retroalimentación de medición
Hoy en día, los átomos y otras partículas se ralentizan y enfrían utilizando el poder de la luz. Por lo general, se requiere un instrumento sofisticado para este propósito. Lo especial del enfoque del equipo mencionado anteriormente es que logran este efecto de enfriamiento sin realizar ninguna medición.
De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, los bucles de retroalimentación a menudo requieren procesos de medición que pueden provocar cambios en los estados cuánticos y, por lo tanto, causar perturbaciones. Para evitar esto, los investigadores de la Universidad de Basilea crearon un sistema llamado "bucle de retroalimentación coherente" en el que el láser actúa como sensor y como amortiguador.
Lo lograron suprimiendo y enfriando las vibraciones térmicas de una película de nitrato de silicio de aproximadamente medio milímetro de tamaño. En sus experimentos, los investigadores apuntaron el rayo láser a la película y alimentaron la luz reflejada de la película a un cable de fibra óptica. Durante esta operación, la vibración de la membrana producía pequeños cambios en la fase de oscilación de la luz reflejada.
La información sobre el estado inmediato de movimiento de la membrana contenida en la fase de oscilación se usó luego, con un retraso de tiempo, para aplicar la cantidad correcta de fuerza a la membrana en el momento correcto usando el mismo láser. Los investigadores utilizaron un cable de fibra óptica de 30-metros de largo para lograr un retraso óptimo de unos 100 nanosegundos.
Acercándose al cero absoluto
El investigador postdoctoral y sus colegas de la Universidad de Basilea en Suiza enfriaron la membrana a 480 microKelvin, o menos de una milésima de grado por encima del cero absoluto.
En la siguiente etapa, refinarán el experimento para llevar la membrana a su estado fundamental mecánico cuántico oscilante: la temperatura más baja alcanzable. La creación de los llamados estados comprimidos de la membrana debería ser concebible.
Dichos estados son de particular interés para las estructuras de los sensores debido a su capacidad para mejorar la precisión de la medición. En el futuro, la microscopía de fuerza atómica para escanear superficies a una resolución nanométrica será una aplicación potencial para tales sensores.