Investigadores de la Universidad de Princeton han comenzado a cristalizar la luz como parte de un esfuerzo para responder a las preguntas fundamentales sobre la física de la materia. Los investigadores no están haciendo brillar la luz a través del cristal - ellos están transformando la luz en el cristal. Como parte de un esfuerzo por desarrollar materiales exóticos tales como superconductores a temperatura ambiente, los investigadores han encerrado conjuntamente fotones, el elemento básico de la luz, de modo que se fijan en su lugar.
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Me supera... Y al que no le supere que me lo explique.
Cutre traducción:
Investigadores de la Universidad de Princeton han comenzado a cristalizar la luz como parte de un esfuerzo para responder a las preguntas fundamentales sobre la física de la materia.
Los investigadores no están haciendo brillar la luz a través del cristal - ellos están transformando la luz en el cristal. Como parte de un esfuerzo por desarrollar materiales exóticos tales como superconductores a temperatura ambiente, los investigadores han encerrado conjuntamente 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 posibilidades interesantes 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 entender mejor los materiales y procesos actuales y para evaluar los materiales que aún no podemos crear."
Los hallazgos del equipo, publicados en línea el 8 de septiembre en la revista Physical Review X, son parte de un esfuerzo para responder a las preguntas fundamentales sobre el comportamiento atómico mediante la creación de un dispositivo que puede simular el comportamiento de las partículas subatómicas. Dicha herramienta puede ser un método de gran valor para responder a preguntas sobre los átomos y las moléculas que no pueden ser respondidas, incluso con los ordenadores más avanzados de hoy en día.
En parte, eso se debe a que las computadoras actuales operan bajo las reglas de la mecánica clásica, que es un sistema que describe el mundo cotidiano que contiene cosas como bolas de boliche y los planetas. Pero el mundo de los átomos y los fotones obedece a las reglas de la mecánica cuántica, que incluyen una serie de características extrañas y muy contraintuitivas. Una de estas propiedades extrañas se llama "entrelazamiento" en el que múltiples partículas se vinculan y se afectan entre sí a través de largas distancias.
La diferencia entre la física cuántica y las reglas clásicas limita la capacidad de una computadora estándar para estudiar de manera eficiente los sistemas cuánticos. Debido a que el equipo funciona según las normas clásicas, simplemente no puede lidiar con muchas de las características del mundo cuántico. Los científicos han creído durante mucho tiempo que un equipo basado en las reglas de la mecánica cuántica podría permitir que se agrieten los problemas que se encuentran actualmente sin solución. Ese equipo podría responder a las preguntas acerca de los materiales que el equipo de Princeton persigue, pero la construcción de un ordenador cuántico de propósito general ha demostrado ser increíblemente difícil y requiere más investigación.
Otro enfoque, que el equipo de Princeton está tomando, es construir un sistema que simula directamente el comportamiento cuántico deseado. Aunque cada máquina se limita a una sola tarea, que permitiría a los investigadores a responder a las preguntas importantes sin tener que resolver algunos de los problemas más difíciles que participan en la creación de un ordenador cuántico de propósito general. En cierto modo, es como responder a preguntas sobre el diseño del avión mediante el estudio de un modelo de avión en un túnel de viento - la solución de problemas con una simulación física en lugar de una computadora digital.
Además de responder a las preguntas sobre el material existente en la actualidad, el dispositivo también podría permitir a los físicos exploran cuestiones fundamentales sobre el comportamiento de la materia por los materiales que sólo existen en la imaginación de los físicos imitando.
Para construir su máquina, los investigadores crearon una estructura hecha de materiales superconductores que contiene 100 mil millones de átomos de ingeniería para actuar como un solo "átomo artificial." Colocaron el átomo artificial cerca de un cable superconductor que contiene fotones.
Según las reglas de la mecánica cuántica, los fotones en el alambre heredan algunas de las propiedades del átomo artificial - en un sentido une. Fotones Normalmente no interactúan entre sí, pero en este sistema los investigadores son capaces de crear un nuevo comportamiento en el que los fotones empiezan a interactuar de alguna manera como partículas.
"Hemos utilizado esta mezcla juntos de los fotones y el átomo de idear artificialmente fuertes interacciones entre los fotones", dijo Darius Sadri, un investigador postdoctoral y uno de los autores. "Estas interacciones se llevan a completamente nuevo comportamiento colectivo de la luz - similar a las fases de la materia, como los líquidos y los cristales, estudiados en la física de la materia condensada."
Türeci dijo que los científicos han explorado la naturaleza de la luz durante siglos; descubriendo que se comporta a veces como una onda de luz y otras veces como una partícula. En el laboratorio de la Universidad de Princeton, los investigadores han diseñado un nuevo comportamiento.
"Aquí hemos creado una situación en la que la luz se comporta efectivamente como una partícula en el sentido de que dos fotones pueden interactuar con mucha fuerza", dijo. "En un modo de funcionamiento, la luz chapotea un lado a otro como un líquido, en el otro, se congela."
El dispositivo actual es relativamente pequeño, con sólo dos sitios donde un átomo artificial está emparejado con un cable superconductor. Pero los investigadores dicen que mediante la expansión del dispositivo y el número de interacciones, pueden aumentar su capacidad de simular sistemas más complejos - el cultivo de la simulación de una sola molécula a la de un material entero. En el futuro, el equipo planea construir dispositivos con cientos de sitios con los que esperan observar fases exóticas de luz, como los superfluidos y aislantes.
"Hay una gran cantidad de nueva física que se pueden hacer incluso con estos pequeños sistemas," dijo James Raftery, un estudiante graduado en ingeniería eléctrica y uno de los autores. "Pero a medida que escalamos, podremos hacer frente a algunas preguntas muy interesantes."
Además Houck, Türeci, Sadri y Raftery, el equipo de investigación incluyó Sebastian Schmidt, investigador senior en el Instituto de Física Teórica en la ETH Zurich, Suiza. Apoyo para el proyecto fue proporcionado por: el Fondo de Tecnología Transformadora Eric y Wendy Schmidt; la Fundación Nacional para la Ciencia; la Fundación David y Lucile Packard; la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU.; y la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza.