La rama teórica del campo de los átomos ultrafríos es completamente interdisciplinaria, atrayendo a los mejores científicos de la materia atómica, condensada, de alta energía y física nuclear, así como de la óptica cuántica y la información cuántica.

Cinturón transportador ópticoUna técnica práctica que puede transportar rápida y eficientemente átomos ultrafríos en una fibra hueca ha sido creada por Patrick Windpassinger y colegas de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia en Alemania. La técnica consiste en permitir que los átomos se monten en una «cinta transportadora óptica» creada por dos rayos láser. Una vez dentro de la fibra óptica, los átomos podrían ser utilizados en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la computación cuántica y la sensación.

Los átomos ultrafríos son átomos que se mantienen a temperaturas cercanas a 0 kelvin (cero absoluto), típicamente por debajo de las temperaturas de algunas décimas de microkelvins (K). A estas temperaturas, las propiedades cuánticas-mecánicas del átomo se vuelven importantes.

Para alcanzar temperaturas tan bajas, se debe utilizar una combinación de varias técnicas. En primer lugar, los átomos generalmente son atrapados y pre-enfriados a través de enfriamiento láser en una trampa magneto-óptica (MOT). Para alcanzar la temperatura más baja posible, se realiza un enfriamiento adicional mediante refrigeración evaporativa en una trampa magnética u óptica.

Los diodos láser se utilizan para muchos de los MOT estándar. Mediante el empleo de una rejilla de difracción de 2 dimensiones es posible generar la configuración de los rayos láser necesarios para una trampa magneto-óptica a partir de un solo rayo láser y por lo tanto tener una trampa magneto-óptica muy compacta.

Por lo tanto, el rayo láser debe ser preciso, la lente requerida debe ser construida con la mayor claridad disponible. Los ingenieros de Universe Optics trabajarán con usted para asegurarse de que la lente de precisión requerida cumpla con sus especificaciones.

En las últimas décadas, los conjuntos de átomos ultrafríos han demostrado ser increíblemente útiles para aplicaciones como la simulación de estados cuánticos de la materia, la medición de pequeñas fuerzas y el almacenamiento y procesamiento de información cuántica. Dado que muchas aplicaciones implican luces láser para interactuar con los átomos, los físicos están trabajando duro para que esta interacción sea lo más precisa posible.

Esto se puede hacer mediante el confinamiento de una nube de átomos ultrafríos dentro de una fibra hueca antes de disparar la luz láser apropiada en la fibra. Sin embargo, meter los átomos en una fibra sin calentarlos, o perder la mayoría de ellos es un gran desafío.

Para lograr esto, los átomos necesitan caer bajo la gravedad en una fibra o mediante el uso de un «embudo magnético». Otra es la cinta transportadora óptica, que fue demostrada por primera vez en 2014 en la Universidad de Tokio por Hidetoshi Katori y sus colegas. Un beneficio clave de esta técnica, según Windpassinger y sus colegas, es que los átomos pueden ser transportados y posicionados con gran precisión. Sin embargo, hacerlo sin perder muchos átomos o sin calentar los átomos siguen siendo objetivos importantes.

Windpassinger y sus colegas han construido y caracterizado un sistema de transportador óptico y han demostrado que los átomos pueden ser transportados en cantidades relativamente grandes mientras los mantienen ultrafríos.

Consiste en la primera captura y enfriamiento de una nube de átomos de rubidio-87 en una trampa magneto-óptica (MOT). Los átomos se mantienen inicialmente a unos 6 mm del extremo de una fibra de 10 cm de largo con un núcleo hueco de diámetro de 60 m.

El campo de los gases cuánticos o átomos ultrafríos es el campo más rápido de expansión, y más interdisciplinario en la física hoy en día. La rama experimental de este nuevo y emocionante campo utiliza las técnicas de la física atómica, molecular y óptica para estudiar sistemas de muchos cuerpos que consisten en átomos extremadamente atrapados en frío. Estos son sistemas de materia condensada cuyos componentes tienen interacciones microscópicas bien entendidas. A temperaturas suficientemente bajas, las grandes longitudes de onda de Broglie de los átomos permiten que estos sistemas exhiban fenómenos cuánticos a escala macroscópica.