Los físicos construyeron el primer microscopio de fermiones del mundo

El físico Lawrence Cheyuk, uno de los autores del trabajo, instaló óptica láser / SciTech Daily

Physicists en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) construyó el primer microscopio de fermiones del mundo . Enfriado experimentalmente con dos láseres con diferentes longitudes de onda, los átomos de potasio de ⁴⁰ K pasan a niveles de energía cada vez más bajos. En este caso, los fermiones emiten fotones, que son capturados por un microscopio y dan una imagen.

Toda la materia que conocemos consiste en bosones y fermiones.. Los fermiones forman materia: son quarks que forman protones y neutrones, que a su vez son fermiones, así como leptones (electrones, muones, tau leptones, neutrinos). Los bosones son portadores de interacción (fotones, gluones, bosones W y Z, y ese mismo bosón de Higgs).

En la Universidad de Harvard, los científicos lograron construir un microscopio bosón en 2009, y en 2010 su trabajo se repitió en el Instituto de Óptica Cuántica. Max Planck. Pero hasta ahora no ha sido posible ver fermiones bajo un microscopio. El principio de la prohibición de Pauli interfiriósegún el cual, en un sistema cuántico cerrado, dos o más fermiones idénticos (partículas con un espín de medio entero) no pueden estar simultáneamente en el mismo estado cuántico. Por lo tanto, los intentos de enfriar la nube de fermiones llevaron al hecho de que todos se alinearon a diferentes niveles de energía, y fue imposible enfriar aún más las partículas con la energía más alta.



En un artículo publicado en mayo de 2015 , un equipo de investigadores habla sobre sus logros. Martin Zwirline, líder del equipo, describe el experimento: “Queríamos lograr lo que los grupos anteriores pudieron hacer con los bosones. Pero resultó que es más difícil hacerlo con fermiones: no son tan fáciles de enfriar ".

Usando dos láseres, los científicos crearon una red de malla en la que los fermiones fueron capturados y retenidos en las células, como en los "pozos de energía". El enfriamiento gradual condujo al hecho de que el gas fermión alcanzó una temperatura cercana al cero absoluto, y los fermiones individuales pudieron mantenerse durante mucho tiempo en las celdas de la red. Los fotones emitidos durante esto fueron capturados por un microscopio.

"Esto significa que sé dónde están los fermiones, y puedo, relativamente hablando, moverlos con pinzas a cualquier lugar y hacer cualquier patrón con ellos", dice Zwirline. Debido a que se encuentran en células aisladas, los fermiones no interactúan entre sí y el principio de Pauli no impide que se enfríen adecuadamente.

Como explican los investigadores, su trabajo puede ayudar a avanzar aún más hacia la creación de superconductores de alta temperatura, ya que dicho microscopio puede llevar el estudio de los electrones, que también son fermiones, a un nuevo nivel. Además, la capacidad de sostener y mover fermiones individuales está directamente relacionada con las tecnologías para crear computadoras cuánticas.