Científicos demuestran que gases cuánticos muy frágiles se estabilizan al confinarse en espacios diminutos

Si confinamos partículas de un gas muy inestable en un lugar extremadamente pequeño –del orden de unos 400 nanómetros, es decir, unas 200 veces menor que el grosor de un cabello humano-, ¿qué sucede? De manera intuitiva podríamos pensar que, al reducir el espacio, aumentaría la probabilidad de que las moléculas chocaran entre sí y, por tanto, el gas se haría todavía más inestable. Sin embargo, no es eso lo que ocurre, al menos cuando se trabaja en condiciones cuánticas (es decir, en espacios minúsculos y a temperaturas tan bajas que los átomos prácticamente se encuentran detenidos). Al revés, en un espacio mínimo las moléculas evitan chocar entre sí y se repelen mutuamente, generando así un sistema estable. Así lo ha demostrado un trabajo desarrollado por investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad Complutense de Madrid.

Según Juan José García Ripoll, investigador de la UCM y físico teórico, el trabajo se ha realizado con moléculas de rubidio “generadas a partir de un condensado Bose-Einstein”, es decir, un estado de la materia que se da a temperaturas ligerísimamente más altas que el cero absoluto –la temperatura teórica más baja posible, en la que las partículas ya no conservan apenas energía, unos tres grados por debajo de la del espacio exterior-. Según ha explicado, en este estado “las moléculas se crean y atrapan usando una red óptica”, es decir, “una distribución periódica de luz, algo así como una malla tridimensional, generada con haces láser que se reflejan en espejos. La intensidad de la luz hace que se puedan atrapar partículas en una estructura regular”.

El investigador ha explicado así los resultados de su trabajo: “Las moléculas con las que se realiza el experimento, formadas por dos átomos de rubidio, son muy inestables. Tienen una energía tan pequeña que cuando dos moléculas colisionan, se rompen liberando sus átomos. El resultado de este artículo es, por tanto, muy anti intuitivo: al confinar las moléculas en volúmenes más pequeños, en lugar de desestabilizarse y romperse mucho más rápidamente, las moléculas se convierten en impenetrables, es decir, dos moléculas evitan coincidir en el mismo sitio”, con lo que se evita su destrucción, se estabiliza el sistema y se prolonga su vida media.

Moléculas que se repelen

Según la Física clásica, si en este experimento, que se realiza en el vacío, se encontraran dos moléculas, reaccionarían entre sí y se destruirían. Esta investigación demuestra que, por el contrario, las moléculas muestran al ser atrapadas en un espacio mínimo “una repulsión infinita”, y no pueden coincidir en la misma celda. El fenómeno es, por tanto, “puramente cuántico”, ya que está regido por estas leyes de lo extremadamente pequeño y es contrario, por tanto, a lo que pasaría según un punto de vista “clásico”.

La novedad del descubrimiento radica en que se trata del “primer ejemplo de un sistema fuertemente correlacionado creado enteramente con moléculas”, ya que hasta ahora solamente se había conseguido algo así con átomos independientes. El poder realizar este tipo de experimentos con moléculas, y no con átomos, abre todo un mundo de posibilidades ya que sus interacciones son más ricas y pueden dar lugar a fenómenos mucho más complejos.

Se trata, por tanto, de “un nuevo paso en la física con moléculas ultrafrías, que abre la posibilidad de generalizar muchos otros experimentos que ya se habían realizado con átomos” a bajísimas temperaturas. Según el científico, “al disponer de un método para atrapar de forma estable estos gases de moléculas, uno puede empezar a pensar en manipular los grados de libertad internos de estas partículas. En concreto, se pueden estudiar transiciones internas, espectroscopía, preparación de moléculas en estados fundamentales, e incluso cómo escribir y recuperar información cuántica en ellas”.